VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE. Les grandes voies métaboliques. Glycolyse (1ère partie dégradation glucose)

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1 Les grandes voies métaboliques Glycolyse (1ère partie dégradation glucose) Cycle de Krebs ou cycle de l acide citrique (2ème partie dégradation glucose, acides gras, AA) Voie des pentoses phosphate (pouvoir réducteur, pentoses pour acides nucléiques) Gluconéogenèse ou néoglucogenèse (synthèse glucose) Glycogène (synthèse et dégradation) Biosynthèse & dégradation des acides gras Biosynthèse & dégradation des acides aminés 1 VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 1. Introduction vue d ensemble de la voie 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates 3. Bilan de la voie des pentoses phosphates 4. Régulation de la voie des pentoses phosphates 2

2 VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 1. Introduction vue d ensemble de la voie 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates 3. Bilan de la voie des pentoses phosphates 4. Régulation de la voie des pentoses phosphates 3 GLYCOLYSE Par l'intermédiaire de la voie glycolytique, les glucides sont à l'origine de la formation d'atp et de NADH. Les électrons stockés sous forme de NADH constituent la majeure partie de l'énergie métabolique. Elle est destinée à la fabrication de l'atp dans la phosphorylation oxydative (chaîne respiratoire dans la membrane interne mitochondriale, cf. cours Bioénergétique BIO75, L3) Glucose 2 NADH 3 ATP 2 Pyruvate 2 Acétyl- CoA 2 NADH 2 ATP 5 ATP Nb: Le NADH de la glycolyse donne moins d ATP que celui du cycle de Krebs parce que son transport dans le mitochondrie demande de l énergie. 6 NADH 2 FADH 2 15 ATP 3 ATP 2 GTP 2 ATP 4

3 VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE Par l'intermédiaire de la voie des pentoses phosphates, les glucides sont à l'origine de la formation de: Glucose Glucose 6P pouvoir réducteur (NADPH) pour les réactions anaboliques, en oxydant le glucose 6P pentoses, en particulier ribose 5P, constituant essentiel des coenzymes pyridiniques (NAD, NADP) et flaviniques (FMN, FAD), du coenzyme A, de l'atp et des acides nucléiques (ADN, ARN). NADPH + Ribose 5-phosphate 5 NADH ET NADPH Nicotinamide réduction NAD(P) + NAD(P)H Ribose NADH et NADPH n ont pas le même rôle métabolique tout en ayant les mêmes propriétés redox. Adénosine X = H X = PO 2-3 NAD + (Nicotinamide adénine dinucléotide) NADP + (Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) Le groupement phosphate permet aux enzymes de discriminer entre les deux formes de cofacteur redox. Les enzymes cataboliques utilisent le NAD + /NADH (pour la production d ATP), tandis que les enzymes anaboliques utilisent le NADPH/NADP + (pour les biosynthèses réductrices). De cette façon le rapport des concentrations des formes oxydée et réduite 6 ne sont pas directement liés et peuvent être différents dans les deux cas.

4 POURQUOIDEUXCOFACTEURS, NADH ET NADPH? Réaction catabolique: pour que la réaction ait lieu, la concentration de NAD + doit être élevée et celle de NADH faible. Dans le cas contraire la réaction procédera en sens inverse. GAP (un aldose) Glycéraldéhyde 3P déshydrogénase (GAPDH) Réaction anabolique: réactif + NADPH produit + NADP + la concentration de NADPH doit être élevée et celle de NADP + doit être faible NADH/NAD ; NADPH/NADP ,3-bisphosphoglycerate (1,3 BPG) S il en était autrement, il ne pourrait y avoir dans une même cellule de catabolisme ET anabolisme concomitant. La gestion redox de l anabolisme et du catabolisme est permise par l utilisation de co-facteurs diversifiés. VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE La voie des pentoses phosphates peut être divisée en deux branches et trois phases: Branche oxydative (phase 1) Série de réactions qui mène à l oxydation du glucose-6p, à la réduction du NADP + en NADPH et à la production de pentoses. 3 G6P + 6 NADP H 2 O 3 Ribulose-5P + 6 NADPH + 6 H CO 2 Branche non oxydative (phases 2-3) Série de réactions réversibles d isomérisation et transfert d unités à 2 ou 3 carbones qui mène à la formation d hexoses et trioses à partir de pentoses Isomérisation (phase 2) 3 Ribulose-5P Ribose-5P + 2 Xylulose-5P Nomenclature: Glucose-6P = G6P Fructose-6P = F6P Glycéraldéhyde-3P = GAP Ribulose-5P = Ru5P Ribose-5P = R5P Xylulose5P = Xu5P Transfert des unités (phase 3) Ribose-5P + 2 Xylulose-5P 2 F6P + GAP 8

5 Glucose-6- phosphate déshydrogénase glucono lattonase gluconate déshydrogénase Glucose 6-P gluconolactone gluconate Ribulose 5-P Transcétolase isomérase Ribose 5-p Phase 1:oxydations(1 3) Glycéraldéhyde 3-P Sédoheptulose 7-P épimérase Phase 2: réorganisation par isomérisation et épimérisation (4 et 5) Transaldolase Xylulose 5-p Phase 3: réorganisation par transfert de groupes carbonés (6 8) Transcétolase 9 Fructose 6-P Érythrose 4-P Fructose 6-P Glycéraldéhyde 3-P VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 1. Introduction vue d ensemble de la voie 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates 3. Bilan de la voie des pentoses phosphates 4. Régulation de la voie des pentoses phosphates 10

6 PHASE 1 : OXYDATIONS (RÉACTIONS 1 3) Glucose-6- phosphate déshydrogénase glucono lattonase gluconate déshydrogénase La phase 1 comprend la fonction principale de la voie: la synthèse de NADPH - Les réactions 1 et 3 sont des oxydoréductions (la 3 avec décarboxylation concomitante); la réaction 2 est une réaction d hydrolyse de la liaison ester intramoléculaire. - La première réaction de la voie (oxydation du glucose) a un ΔG << 0 et donc la réaction est irréversible. 11 PHASE 2 : RÉORGANISATION PAR ISOMÉRISATION OU ÉPIMÉRISATION (RÉACTIONS 4 & 5) Réaction 4 isomérase isomérase Synthèse ADN+ ARN Réactions similaires à celles de la glycolyse pour la conversion du G6P F6P et du DHAP GAP Réaction 5 Suite Voie épimérase Épimères: 12 Deux oses sont épimères s'ils diffèrent, sur un carbone asymétrique, par la position d' un seul groupe hydroxyle (-OH)

7 PHASE 3 : RÉORGANISATION PAR TRANSFERT DE GROUPES CARBONÉS (RÉACTIONS 6 8) Série de réactions qui transfèrent des groupes à 2 ou 3 atomes de carbone, catalysées par deux enzymes: Transcétolase et Transaldolase final 2 (Transcétolase) 3 (Transaldolase) 2 (Transcétolase) Les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphates, catalysent l interconversion des glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 atomes de carbones. Transcétolase: 2 atomes de C Transaldolase: 3 atomes de C 13 Réaction 6 Le cétose est toujours le donneur des carbones et l aldose est l accepteur. Le cétose après la réaction devient un aldose et vice-versa. Réaction 7 Bilan total: Ribose-5P + 2 Xylulose-5P 2 F6P + GAP Réaction 8 14

8 VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 1. Introduction vue d ensemble de la voie 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates 3. Bilan de la voie des pentoses phosphates 4. Régulation de la voie des pentoses phosphates 15 La voie des pentoses phosphates peut devenir un cycle qui oxyde le glucose en CO 2 Glucose Voie des pentoses phosphate Glycolyse Gluconéogenèse Nucléotides Pyruvate 16

9 VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 1. Introduction vue d ensemble de la voie 2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates 3. Bilan de la voie des pentoses phosphates 4. Régulation de la voie des pentoses phosphates RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE La première étape de la branche oxydative,catalyséeparlaglucose 6 phosphate déshydrogénase, est irréversible et contrôle donc le flux dans la voie: le facteur régulateur le plus important est la concentration du NADP + (disponibilité du substrat) le NADPH est inhibiteur compétitif de la Glucose 6 phosphate déshydrogénase (compétition avec le NADP + pour la liaison à l enzyme) Glucose 6P Glucose-6- phosphate déshydrogénase (+) NADP + (-) NADPH gluconolactone Les étapes de la branche non oxydative sont toutes réversibles, donc la direction des réactions dans cette branche dépend de la disponibilité des substrats

10 Les connections de la glycolyse et de la néoglucogenèse Glycogène Dégradation du glycogène Synthèse du glycogène Voie des Pentoses Phosphates Glucose Glucose-6-phosphate Ribose 5-phosphate Glycolyse Néoglucogenèse Pyruvate Acides aminés Lactate Acetyl-CoA Cycle de l acide citrique (ou de Krebs) CO 2 19 MODES DE RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE 20

11 MODE 1: une quantité plus grande de ribose 5P que de NADPH est nécessaire Transcétolase + Transaldolase Exemple: les cellules en division rapide ont besoin de beaucoup de ribose-5p pour la synthèse d ADN. La phase 3 de la voie est utilisée: le glucose 6P est converti en fructose 6Pet glycéraldéhyde 3P parla glycolyse. transcétolase et transaldolase catalysent la formation du ribose 5P à partir du F6P et GAP par les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphate (en sens opposé). BILAN: 5 Glucose-6P + ATP 6 Ribose-5P + ADP + H + La phosphopentose isomérase et la 21 phosphopentose épimérase catalysent la conversion du xylulose-5p en Ribose-5P Glucose-6- phosphate déshydrogénase glucono lattonase gluconate déshydrogénase Glucose 6-P gluconolactone gluconate Ribulose 5-P Transcétolase isomérase Ribose 5-p Phase 1:oxydations(1 3) Glycéraldéhyde 3-P Sédoheptulose 7-P épimérase Phase 2: réorganisation par isomérisation et épimérisation (4 et 5) Transaldolase Xylulose 5-p Phase 3: réorganisation par transfert de groupes carbonés (6 8) Transcétolase 22 Fructose 6-P Érythrose 4-P Fructose 6-P Glycéraldéhyde 3-P

12 MODE 2: les besoins en ribose 5 phosphate et NADPH sont équilibrés isomérase La branche oxydative de la voie des pentoses phosphate est utilisée: Le glucose 6P est converti en ribulose 5P par la branche oxydative de la voie des pentoses phosphate. Le ribulose 5P est ensuite isomérisé en ribose 5P par la phosphopentose isomérase BILAN: Glucose-6P + 2 NADP + + H 2 O Ribose-5P + 2 NADPH + 2 H + + CO 2 MODE 3: une quantité plus grande de NADPH que de ribose 5P est nécessaire Gluconéogenèse Exemple: les cellules du tissu adipeux ont besoin de beaucoup de NADPH pour la synthèse des acides gras Toute la voie est utilisée: le fructose 6P et le glycéraldéhyde 3P obtenus par la phase 3 sont reconvertis en glucose 6P par la voie de la gluconéogenèse (la voie fonctionne comme un cycle qui permet d oxyder complètement une molécule du G6P). BILAN: Glucose-6P + 12 NADP H 2 O 6 CO NADPH + 12 H + + P i

13 Réactions partielles: (1) 6 Glucose-6P + 12 NADP H 2 O 6 Ribose-5P + 12 NADPH + 12 H CO 2 (2) 6 Ribose-5P 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P (3) 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P + H 2 O 5 Glucose 6-phosphate + P i TOT Glucose-6P + 12 NADP H 2 O 6 CO NADPH + 12 H + + P i (1) (1) Gluconéogenèse (3) (2) (2) 25 MODE 4: une quantité plus grande de NADPH que de ribose 5P est nécessaire Glycolyse Glycolyse Toutelavoieestutilisée: le fructose 6P et le glycéraldéhyde 3P obtenus par la phase 3 sont convertis en pyruvate par la voie de la glycolyse. On obtient du NADH et de l ATP. BILAN: 26 3 G6P + 6 NADP NAD P i + 8 ADP 5 Pyruvate + 3 CO NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H 2 O + 8 H +

14 (1) 3 Glucose-6P + 6 NADP H 2 O 3 Ribose-5P + 6 NADPH + 6 H CO 2 (2) 3 Ribose-5P 2 Fructose-6P + 1 Glycéraldéhyde-3P Pentoses phosphate (3) 2 Fructose-6P + 4 NAD ADP + 4 P i 4 Pyruvate + 4 NADH + 6 ATP + 4 H 2 O + 2 H + (4) 1 Glycéraldéhyde-3P + NAD ADP + 1 P i 1 Pyruvate + 1 NADH + 2 ATP + 1 H 2 O Glycolyse 3 G6P + 6 NADP NAD P i + 8 ADP 5 Pyruvate + 3 CO NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H 2 O + 8 H + 27 Le squelette de carbone pour la synthèse des AA provient des intermédiaires de la glycolyse, de la voie de pentoses phosphate ou du cycle de Krebs 28