CHAPITRE 2 : MÉTABOLISME DES GLUCIDES. I) Introduction La digestion des glucides

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1 CHAPITRE 2 : MÉTABOLISME DES GLUCIDES I) Introduction 1.1. La digestion des glucides On absorbe de l amidon, du glycogène (dans la viande), du lactose, du saccharose. Le glucose libre est très rare dans l alimentation. => L amidon va être hydrolysé par les amylases pour donner des résidus de glucose, on trouve 2 types d amylases : - l α-amylase dans la salive et le suc pancréatique, c est une α 1 4 glucosidase - l amylo 1 6 glucosidase au niveau de la muqueuse intestinale, elle va intervenir au niveau des branchements => Le glycogène va également donner du glucose. => Le lactose va donner du glucose et du galactose. => Le saccharose du fructose et du glucose. On absorbe également de la cellulose, mais, dans la cellulose les glucoses sont reliés en β 1 4 et nous n avons pas d enzyme capable de couper ces liaisons. Les celluloses ne sont donc pas utilisés pour nous fournir de l énergie. La cellulose constitue la principale alimentation des ruminants, en effet dans la panse des ruminants, il existe des bactéries qui sécrètent une β-glycosidase qui digère la cellulose et permet au ruminant de l utiliser Absorption L absorption des hexoses est permise par la perméabilité des membranes, elle est sous contrôle de l insuline. L insuline favorise l absorption du glucose mais n a aucun effet sur celle du fructose. Les glucoses absorbés vont emprunter le système circulatoire et vont être dirigés vers le foie au niveau duquel ils vont subir la glycolyse. II) La glycolyse C est une séquence de réactions enzymatiques qui va convertir le glucose en pyruvate. Cette séquence est ubiquitaire, c est-à-dire quasi universelle dans tous les systèmes biologiques connus. D autre part, dans les organismes aérobies, c est le prélude à un système qui va extraire la plus grande partie de l énergie contenue dans le glucose Séquences enzymatiques La phosphorylation du glucose

2 La molécule G6P étant chargée (deux charges négatives avec deux des oxygènes du phosphate), elle sera piégée à l intérieur de la cellule et sera obligée de suivre la séquence glycolytique. Cette réaction est pilotée par l hexokinase et la glucokinase. Les enzymes catalysant une phosphorylation portent le suffixe -kinase. L hexokinase est présente dans toutes les cellules du vivant connues. À l inverse, la glucokinase qui est très spécifique du glucose ne se trouve que dans le foie. Dans les conditions standard : ΔG 0 = 16,8 kj/mol, dans les conditions biologiques : ΔG = 33 kj/mol, c est une réaction exergonique et irréversible. Une fois phosphorylé, le G6P va constituer un carrefour métabolique, ce glucose va pouvoir donner du pyruvate. Glycogène Lactate Acide gras G6P Pyruvate AcétylcoA Voie des pentoses P Acides aminés énergie Ribose Protéines Acides nucléiques Isomérisation du G6P On passe d un aldose à un cétose. Dans les conditions standard : ΔG 0 = + 2 kj/mol, dans les conditions biologiques : ΔG = 2,5 kj/mol, la réaction est réversible. Elle est catalysée par la phospho-glucose isomérase Phosphorylation du F6P La phosphorylation va intervenir sur le carbone 1. Le F6P donne le F 1,6 bis-p, la réaction est catalysée par l enzyme phosphofructokinase allostérique qui répond donc à de nombreux effecteurs, c est la tour de contrôle de la glycolyse. Cette enzyme est en effet inhibée par l ATP (si on a déjà de l énergie, on n a pas besoin d utiliser d autres glucoses donc on arrête la glycolyse), en revanche elle sera stimulé par de fortes concentrations en ADP. ΔG 0 = 15 kj/mol ΔG = 22 kj/mol Cette étape est complètement irréversible Formation des trioses-p Elle est catalysée par l aldolase qui va provoquer un clivage aldol sur le F 1,6 bis-p et donner du DAP et du GAP ΔG 0 = + 23 kj/mol, réaction endergonique, de droite à gauche, réversible ΔG = 6 kj/mol, réaction réversible Interconvection des trioses phosphate DAP va pouvoir donner du GAP, la réaction est catalysée par la triose phospho-isomérase. À l équilibre on a 96% de DAP et 4% de GAP, mais l équilibre va être constamment déplacé vers le GAP car seul le GAP peut poursuivre la séquence glycolytique.

3 Oxydation du GAP C est une réaction réversible d oxydoréduction phosphorylant avec intervention de NAD. GAP + NAD + + Pi 1,3 bis-p glycérate + NADH + H + Cette réaction est catalysée par la GAPDH (glycéraldéhyde 3-P déshydrogénase). Cette réaction se déroule en deux temps. 1) RCHO + E-SH + NAD + E-S-COR NADH + H + 2) E-S-COR + Pi E-SH + 1,3 bis-p glycérate (molécule très riche en énergie) NADH + H + Le 1,3 bis-p glycérate a un ΔG 0 = 43 kj/mol Formation d un ATP 1,3 bis-p glycérate + ADP ATP + 3P-gly Réaction réversible catalysée par phosphoglycératekinase, ΔG 0 = 19 kj/mol, ΔG = + 1,2 kj/mol Isomérisation du 3P-gly Le P passe en position 2, on a donc du 2P-gly, réaction réversible catalysée par phosphoglycératemutase Formation du PEP Elle est catalysée par l enolase qui effectue un réarrangement moléculaire, la déshydratation du 2P-gly va former une liaison riche en énergie. On obtient du PEP avec un ΔG 0 = 62 kj/mol, c est la molécule la plus énergétique du vivant. Pour la réaction de formation du PEP, ΔG 0 = + 1,2 kj/mol et ΔG = 3 kj/mol, cette réaction est donc réversible. Dans une prise de sang, si on veut doser le glucose il faut bloquer la séquence enzymatique. C est le fluorure qui bloque cette séquence Formation d un ATP PEP + ADP ATP + Pyruvate Cette réaction se fait en présence de magnésium et est catalysé par la pyruvate kinase (PK). ΔG 0 = 31,5 kj/mol ΔG = 16,7 kj/mol La réaction est complètement irréversible, elle est contrôlée par les taux d ATP et les modifications covalentes, la PK pouvant être phosphorylée ou déphosphorylée, ce système étant lui-même sous contrôle hormonal. Les réactions de la fin de la séquence sont donc pratiquement toutes irréversibles.

4 2.2. Devenir du pyruvate Il va dépendre de la présence ou non d oxygène. En présence d oxygène (conditions d aérobie), on va obtenir de l acétyl CoA qui va partir vers le cycle de Krebs fournisseur d énergie. En absence d oxygène (anaérobie), le pyruvate donne de l éthanol (fermentation alcoolique chez les levures) ou du lactate (fermentation lactique, dans nos muscles et dans les érythrocytes). Dans notre organisme, le taux de coenzyme NAD+ est limité, le NADH doit donc être régénéré en permanence. En présence d oxygène, le NADH sera facilement régénéré grâce à la phosphorylation oxydative. En absence d oxygène, ce sont les deux séquences de fermentations (alcoolique et lactique) qui vont servir à régénérer le NADH Fermentation alcoolique Elle a lieu chez les levures et dans certains tissus Fermentation lactique Elle se déroule chez animaux et procaryotes, elle est très active dans nos muscles, notre rétine, nos érythrocytes, notre peau. Lors d un effet physique, l oxygène dans le sang va commencer à manquer, il faut donc régénérer le NADH. La fermentation lactique va générer une grande quantité de lactate qui est un déchet provoquant des crampes.

5 2.3. Bilan énergétique Quand le NADH va être retransformé en NAD+, on va obtenir 3 ATP. Dans la séquence glycolytique, on consomme deux ATP : - 2 ATP. On produit ensuite 4 ATP : + 4 ATP. Avec la formation la phosphorylation oxydative, on produit 6 ATP (2 NADH), mais ils ne comptent pas dans ce bilan. On a au final une production de 2 ATP. III) Métabolisme du glycogène 3.1. Glycogénogenèse G6P G1P (réversible, catalysée par la phospho-glucomutase) G1P + UTP UDP-Glc + PPi Amorce glycogène à n résidus glc + UDP-Glc glycogène à n+1 glc (catalysée par la glycogène synthase) Glycogénolyse Il s agit du catabolisme du glycogène. Le glucose libre va retourner dans le sang et alimenter différents tissus. Le métabolisme du glycogène va donc assurer une source d énergie. Glycogène à n glc + Pi G1P + glycogène à n 1 glc (catalysée par glycogène phosphorylase) G1P G6P Glc + Pi

6 IV) Gluconéogenèse C est la synthèse de glucose à partir de molécules non-glucidiques, elle a essentiellement lieu dans notre foie. C est une séquence qui fonctionne à très bas régime dans certains tissus, mais elle prend une très grande importance dans certaines conditions physiologiques, par exemple quand un individu se trouve en état de jeûne glucidique : il va d abord utiliser sa réserve de glycogène qui s épuise en 48 heures. Chez les sujets diabétiques (surtout type 1), c est la gluconéogenèse qui va approvisionner les tissus Séquences enzymatiques Pyruvate Les séquences irréversibles sont la pyruvate kinase, la phosphofructokinase et l hexokinase. Nos cellules vont devoir contourner ces irréversibilités. a- Pyr PEP C est une réaction complexe qui va se dérouler en deux temps, elle est endergonique et le système va fonctionner grâce aux interventions d ATP et de GTP, il y a formation d un intermédiaire : l OAA (acide oxalo-acétique). Elle se fait en deux temps : 1) Pyr + CO 2 + ATP OAA + ADP + Pi (catalysée par la pyruvate carboxylase et la biotine) 2) OAA + GTP PEP + CO 2 + GDP (catalysée par PEPCK : PEP carboxykinase, ATP ADP + Pi recycle GDP en GTP) b- F 1,6 bis-p F 6-P + Pi Cette réaction est catalysée par la F 1,6 bis-pase. c- G 6-P Glc + Pi Cette réaction est catalysée par la G6Pase Autres précurseurs a- Acides aminés glucoformateurs Ils peuvent se transformer en OAA et rejoindre le reste de la séquence. b- Lactate c- Glycérol TAG AG + glycérol glycérol-p DAP GAP F 1,6 bis-p.

7 4.2. Bilan énergétique Pyr PEP : - 2 ATP 3P-Gly 1,3 bis-p Gly : - 1 ATP x2 2 Pyr 1 Glc : - 6 ATP Cette séquence utilise donc beaucoup d énergie. V) Voie des pentoses phosphates Elle ne va générer aucune énergie mais va générer du pouvoir réducteur matérialisé par une production de NADPH qui va servir à presque toutes les biosynthèses. Elle va également fabriquer des pentoses comme le ribose, indispensable à la fabrication d acides nucléiques. C est une voie essentiellement aérobique, il n y aura jamais intervention d ATP, elle fournit d énormes quantités de NADPH et de ribose, chez les organismes photosynthétiques cette voie va permettre la fabrication de glucides à partir du CO 2, enfin elle va fabriquer de l érythrose 4-P très importante car c est le précurseur des acides aminés aromatiques et de l histidine Séquences enzymatiques Voie oxydative On part du G6P, l enzyme G6PDH (glucose 6 phosphate déshydrogénase) va catalyser une oxydation avec NADP+ (formation de NADPH), ce qui donne du 6-P-gluconolactone. Cette molécule donne du 6-P-gluconate avec l action de 6-P-Gluconolactonase. Le 6-P-gluconate donne du Ru5P sous l action de la P-gluconate déshydrogénase et du NADP+ (rejet de NADPH + CO 2 ). Cette voie est complètement irréversible Voie non-oxydative a- Isomérisation du Ru5P Le Ru5P va devenir du Xu5P avec la ribulose 5-P épimérase ou du R5P avec la ribulose 5- P isomérase. Le système est réversible. b- Interconvection des oses : transcétolisation C est une réaction catalysant le transfert d un groupe à deux carbones d un donneur cétose vers un receveur aldose. Elle est catalysée par la transcétolase qui fonctionne avec un coenzyme TPP et est réversible. Exemple : Xu5P + R5P GAP + S7P Xu5P + erythrose 4-P GAP + F6P

8 c- Transaldolisation Il s agit du transfert d un groupe à trois carbone d un cétose donneur vers un aldose receveur. Le système est catalysé par une transaldolase mais en absence de coenzyme. Exemple : S7P + GAP E4P + F6P d- Conversion F6P G6P 3 G6P + 6 NADP + 3 CO (NADPH + H + ) + GAP + 2 G6P 6 G6P + 12 NADP + 6 CO (NADPH + H + ) + 2 GAP + 4 G6P G6P + 12 NADP + 6 CO (NADPH + H + ) GAP + DAP F 1,6 bis-p G6P Il y a fabrication de grandes quantités de NADPH qui serviront à la biosynthèse. Schéma bilan de la voie des pentoses phosphate : G6P NADPH + H + G6P G6P 6P-glu 6P-glu 6P-gluconate GAP F6P Xu 5P Ru5P Ru5P Ru5P Transaldolisation E-4P Xu5P R5P S7P F6P Transaldolisation Transcétolisation GAP NADPH CO 2