Cours 2 13 Janvier 2016

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1 Cours 2 13 Janvier 2016 Pascale Dufourcq P. Dufourcq B. La glycolyse I. Introduction II. Entrée du glucose III. Les étapes de la glycolyse 1. Les 10 réactions 2. Le devenir du pyruvate 3. Destinées du NADH,H+ 4. La formation du 2-3BiPG dans le globule rouge 5. Bilan énergétique de la glycolyse IV. La régulation de la glycolyse V. Glycolyse et pathologies P. Dufourcq

2 IV. Régulation de la glycolyse La glycolyse a 2 rôles principaux: Production d énergie sous forme d Fonction anabolique: fourniture d Acétyl-CoA à partir du pyruvate pour la synthèse des AG La régulation va donc être fonction de la charge énergétique de la cellule (rapport /ADP) et de l abondance des composés pour la biosynthèse But de la régulation : adapter la vitesse de la glycolyse aux besoins de la cellule en énergie et en intermédiaires précurseurs de synthèse Enzymes des réactions irréversibles : P. Dufourcq 2016 PFK1/PFK2, HK, PK 3 1. Régulation de la PFK-1 a. Régulation allostérique de la PFK-1 Négatif :, citrate Positif : AMP AMP Citrate phosphate PFK-1 ADP 1,6-bisphosphate Lorsque le ratio /AMP baisse, l activité PFK-1 augmente P. Dufourcq

3 Phosphorylation 1,6-bisphosphate 13/01/2016 Contrôle négatif de la PFK1 par l [] faible = activateur [] élevé = inhibiteur allostérique, diminue l affinité de l enzyme pour son substrat Fr6P Charge énergétique élevée inactivation de la glycolyse V : c'est un substrats de la PFK-1 mais c'est aussi un effecteur. V V Vitesse PFK-1 faible élevé P. Dufourcq 2016 [Fr-6-P] [] (mm) 5 a-régulation allostérique de la PFK-1 Activateur allostérique puissant de la PFK1 : 2,6-bisphosphate (Fr-2,6 BP) Produit à partir du Fr-6P par la PFK2 6-phosphate PFK-2-2,6-Bisphosphate ADP PFK-1 + ADP 1,6-bisphosphate P. Dufourcq

4 Régulation allostérique de la PFK-1 AMP Fr-2,6-BP Citrate phosphate PFK-1 ADP 1,6-bisphosphate P. Dufourcq b. Régulation hormonale ou par phosphorylation de PFK-1 Le taux de Fr-2,6-BP est régulé par une enzyme bi fonctionnelle Hydrolyse du Fr-2,6 -BP par la Bisphosphatase-2 = FBPase-2 ou F-2,6-BPase ADP -6- phosphate PFK-2 FBPase-2-2,6- bisphosphate Pi H 2 O P. Dufourcq

5 Enzyme bi fonctionnelle : PFK2/FBPase2 NH3 + Domaine kinase Domaine phosphatase COO - Région régulatrice Les activités kinase (PFK-2) et phosphatase (FBPase-2) sont contrôlées par phosphorylation et déphosphorylation : La phosphorylation provoque l inhibition de l activité kinase et l activation de l activité phosphatase La déphosphorylation: effet inverse Sous la dépendance du contrôle hormonal P. Dufourcq non phosphorylé, activité kinase : PFK2 PFK-2 PP2A : protéine phosphatase 2A PP2A PKA PKA : protéine kinase A P P PBPase-2 phosphorylé, activité phosphatase : PBPase-2 P. Dufourcq

6 Action des hormones Dans le foie : PFK2/FBPase-2 sous le contrôle du glucagon Glucagon : hormone produite par le pancréas, sécrétée qd concentration sanguine du glucose diminue, hyperglycémiante Voie qui active AMP cyclique (AMPc) et Protéine Kinase A (PKA) Glucagon AMPc 5 AMP Cascade de phosphorylation P. Dufourcq Contrôle de la synthèse et de la dégradation du Fr-2,6BP : contrôle hormonal dans le foie Glucagon (AMPc) conduit à la phosphorylation de l enzyme bi fonctionnelle : +FBPase AMPc Glucagon -6- phosphate PFK-1 ADP -1,6- bisphosphate Protéine ADP kinase A P P FBPase-2 PFK2 GLYCOLYSE -2,6- biphosphate P. Dufourcq 2016 En période de jeune : glucagon freine la glycolyse 12 6

7 Contrôle de la synthèse et de la dégradation du Fr-2,6-BP : contrôle hormonal dans le foie Déphosphorylation de l enzyme bifonctionnelle : activité kinase : PFK2 Protéine Phosphatase 2A (PP2A) -6- phosphate FBPase-2 PFK2-2,6- bisphosphate 2 Pi Protéine Phosphatase 2A 2 H 2 O PFK-1 ADP + Insuline P. Dufourcq ,6- bisphosphate GLYCOLYSE 13 PFK1 engage irréversiblement le glucose vers la glycolyse : étape d engagement Glycogène Glc Glc-6-P Voie des Pentose-phosphates Fr-6-P PFK-1 Engagement Fr-1,6-BP Glycolyse P. Dufourcq

8 2. Régulation de l hexokinase Enzyme ubiquitaire Régulation allostérique : Négatif : Glucose 6 phosphate Glycogène Glc Hexokinase Glc-6-P Voie des Pentosephosphates Niveau énergétique élevé (1) Fr-6-P PFK-1 Engagement Fr-1,6-BP GK n est pas régulée par G6P Glycolyse P. Dufourcq Régulation de la glucokinase : - Fr-1P permet le passage du noyau au cytosol GK NOYAU GK CYTOSOL PR Fr-1-P Fr-1-P PR GK Glc Glc-6-P Glycogène ADP PR = Protéine Régulatrice P. Dufourcq

9 3. Régulation de la Pyruvate kinase a. Régulation allostérique de la PK Négatif :, Alanine (Foie), Acétyl CoA Positif : Fr-1,6-BP PEP + ADP PK Pyruvate + Fr-1,6-BP Alanine Acétyl CoA Contrôle allostérique P. Dufourcq Glc Glc-6-P Fr-6-P Fr-1,6-BP + - PEP+ ADP PK - Pyruvate + Cycle Krebs Chaine respiratoire Acetyl-CoA P. Dufourcq

10 b. Régulation par phosphorylation (hormonal) de la PK Plusieurs isoformes (M muscles, L foie, R GR) Activité régulée par son état de phosphorylation : forme L (foie) non phosphorylée = active Phosphorylée = inactive Contrôle hormonal : ex dans le Foie (forme L) PEP + ADP H 2 O Pi PK - P inactive PK active ADP PKA PKA = protéine kinase A Glucagon AMPc Pyruvate + Régulation Hormonale P. Dufourcq Rôle de la phosphorylation par la PKA pour PFK-2 et PK-L => limiter la consommation de glucose dans le foie pour que ce dernier soit disponible aux autres tissus. P. Dufourcq

11 V - Glycolyse et Pathologie 1 - Enzymopathies de la glycolyse: Majoritairement au niveau de la Pyruvate Kinase du globule rouge (PK-R) *Le GR ne possède pas de mitochondries: son approvisionnement en dépend uniquement de la glycolyse. *Si activité PK faible, glycolyse faible, production insuffisante d : Anémie hémolytique P. Dufourcq Diabète MODY-2 = déficit en glucokinase Maturity-Onset Diabetes of the Young, ou diabète de type adulte chez le jeune. Mutation du gène codant la glucokinase Foie et pancréas (cellules β) Niveau hépatique : glycogénogenèse diminuée et néoglucogenèse augmentée Niveau cellules béta-pancréatiques : diminution de la synthèse d insuline d où augmentation de la glycémie Hyperglycémie P. Dufourcq

12 3. Tumeurs cancéreuses: de la capture du glucose de la vitesse de la glycolyse L hypoxie au sein de la masse tumorale induit le facteur de transcription HIF-1 l expression des transporteurs du glucose des facteurs angiogéniques (formation de nouveaux vaisseaux sanguin) Ne pas apprendre P. Dufourcq Tumeurs cancéreuses : Traceur de cette activité métabolique intense un dérivé du glucose marqué avec un isotope radioactif ( 18 F- fluoro-désoxyglucose ou FDG) Visualisation des tissus consommateurs de glucose localiser les foyers tumoraux actifs caméra tomographique détecte l émission de positons provenant de la tumeur qui a fixé fortement le FDG. Appareil = TEP tomographie par émission de positons (PET-Scan) Ne pas apprendre P. Dufourcq

13 Métabolisme glucidique Introduction générale A. Rappel de thermodynamique B. Energétique cellulaire Métabolisme du glucose A. Digestion/absorption B. Glycolyse C. Interconnexion des oses : /galactose D. Néoglucogenèse E. Voie des pentose-phosphates Métabolisme du glycogène A. Catabolisme : glycogénolyse B. Anabolisme : glycogénogenèse P. Dufourcq C. Interconnexion des oses : /galactose La glycolyse n est pas simplement la voie principale du métabolisme du glucose Elle est aussi la voie du fructose et du galactose présents dans la ration alimentaire P. Dufourcq

14 Digestion Absorption 13/01/2016 C. Interconnexion des oses : /galactose saccharose Lactose Glucose Galactose P. Dufourcq I. Le Source alimentaire du fructose : Produit majoritairement à partir du saccharose : + Glucose Saccharose Saccharase Glucose Sous forme libre dans beaucoup d aliments : fruits, légumes, miel P. Dufourcq

15 Entrée du fructose dans la cellule : L'entrée de fructose dans les cellules n'est pas insulino-dépendante, différent ainsi du glucose. Contrairement au glucose il entre dans le muscle et TA en l absence d insuline. Elle est facilitée par des transporteurs notamment les GLUT2 et GLUT5. Contrairement au glucose, le fructose ne déclenche pas la sécrétion d'insuline P. Dufourcq Voies métaboliques différentes : Hépatique (trioses) / musculaire, tissus adipeux, rénale Selon l état énergétique : soit glycolyse, soit glycogénogenèse Glucose Glc-6P Fr -6P Fr- 1,6-BP (foie) PDHA PGA (foie) P. Dufourcq 2016 Pyruvate 30 15

16 1. Métabolisme du fructose : Surtout dans le Foie par la fructokinase Réactions : 1 - Phosphorylation en Fr-1-P + Fructokinase 2 - Clivage du Fr-1-P en 2 trioses Fr-1-P Fr-1-P aldolase Aldolase B (foie) Fr-1-P + ADP glycéraldéhyde + PDHA 3 - Phosphorylation du glycéraldéhyde Glycéraldéhyde + 3 PGA + ADP Glycéraldéhyde kinase P. Dufourcq 2016 triose kinase 31 Métabolisé plus vite car shunt la PFK1 Glucose Glc-6P Fr -6P PFK1 Fr- 1,6-BP (foie) PDHA PGA (foie) Pyruvate P. Dufourcq P. Dufourcq

17 Métabolisme du fructose dans le foie selon l état nutritionnel Fructokinase Glycogène Glc-6-P Glycogénogenèse Glc Fr-1-P Aldolase B PDHA Aldolase B Fr-6-P Glycéraldéhyde Glycéraldéhyde kinase 3PGA Pyruvate Glycolyse Fr-1,6-BP P. Dufourcq Métabolisme du fructose dans le muscle, le rein et tissus adipeux - Phosphorylation en Fr-6-P + Fr-6-P + ADP Hexokinase - Puis voie de la glycolyse P. Dufourcq

18 Métabolisme du fructose dans le muscle et tissu adipeux Glucose Tissu adipeux Glc- 6P Fr -6P hexokinase muscle Fr- 1,6-BP PDHA PGA Pyruvate P. Dufourcq Les pathologies Fructosurie bénigne: déficit en fructokinase hépatique Pas de complication métabolique Intolérance au fructose : + Fr-1-P + ADP Fructokinase déficit en aldolase B (hépatique) maladie grave: hypoglycémie sévère avec vomissements après ingestion de sucre ou de fruits -> toxicité du sucre phosphorylé Fr-1-P (hépatique) (régime alimentaire excluant le saccharose et le fructose, source cachée (médicaments)) Fr-1-P glycéraldéhyde + PDHA Aldolase B P. Dufourcq

19 II. Le galactose galactose Source glucidique relativement importante Alimentation : lactose La source majeure de galactose est le lactose contenu dans les produits lactés et le lait. Nécessaire pour synthèse : glycoprotéines et glycolipides Constituant lactose (allaitement maternel) Entrée du galactose dans les cellules : L entrée du galactose dans les cellules n'est pas insulinodépendante Le transport facilité est assuré par les GLUT1 et GLUT2 et du cotransport sglut1. P. Dufourcq II. Le galactose Métabolisme hépatique Glucose Galactose Glc- 6P Fr- 6P Fr- 1,6-BP PDHA PGA Pyruvate P. Dufourcq

20 1. Métabolisme du galactose : Différentes étapes menant au Glc-6P 1 - Phosphorylation en Gal -1-P Galactose Epimérisation UDP-Gal Galactokinase 2 - Formation d UDP galactose Gal-1-P + UDP-Glc Gal-1-P + ADP Gal-1-P uridyltransférase (GALT) UDP-Glc UDP-Gal-4-épimérase (fonctionne avec le NAD + ) UDP-Gal + Glc-1-P 4 - Isomérisation Glc-1-P Glc-6-P phosphoglucomutase P. Dufourcq Galactokinase Galactose 1 Phosphate uridyl transferase UDP-galactose 4-épimérase Phosphoglucomutase Glycogène Glycolyse Bilan : Galactose + Glc-1-P +ADP+ H + Selon la charge énergétique : -Glycolyse ou Glycogène P. Dufourcq

21 - Synthèse du lactose Rôle de l UDP-Gal : synthèse du lactose lactose synthase (UDP-galactose - glucose galactosyltransférase): transfère le Galactose sur le Glucose UDP-Gal + Glu lactose synthase UDP + Lactose enzyme est composée de deux protéines, A et B. La protéine A est la galactosyltransférase : des glycoprotéines. la protéine B est exprimée uniquement dans les glandes mammaires allaitantes. P. Dufourcq Les pathologies Galactosémie congénitale : - Déficit en Gal-1-P uridyltransférase (GALT) Gal-1-P + UDP-Glc GALT UDP-Gal + Glc-1-P - Accumulation de Gal-1-P, augmentation du galactose circulant, capté par d autres tissus (cerveau et cristallin) - Forme classique : retard mental, insuffisance hépatique, cataracte précoce galactose est réduit en Galactitol: aldose reductase NAPDH,H + NAPD+ Galactose Aldose reductase Galactitol (cataracte) - Traitement : suppression de l apport (lait, pdt lactés, fruits légumes ) P. Dufourcq

22 Ne pas apprendre CHO C C C C CH 2 OH NADPH + H + NADP + Aldose réductase CH 2 OH C C C C CH 2 OH Galactose Galactitol Fonction aldéhyde transformée en fonction Galactitol osmotiquement actif. Entraîne un afflux dʼeau : opacification du cristallin P. Dufourcq C. Interconnexion des oses : /galactose Résumé Glucose Galactose Glc-6P Fr -6P Fr- 1,6-BP (foie) PDHA PGA (foie) Pyruvate P. Dufourcq