ATABLISME GLUIDIQUE ATABLISME GLUIDIQUE INTRDUTIN GENERALE RAPPELS DE TERMDYNAMIQUE A - Digestion et absorption des glucides B Dégradation du glucose (glycolyse) Métabolisme du fructose et du galactose D - Dégradation du glycogène E - Voie des pentose-phosphates INTRDUTIN GENERALE Métabolisme: ensemble des réactions chimiques Nécessité des enzymes Ensemble des réactions de dégradation: catabolisme Ensemble des réactions de biosynthèse: anabolisme Lien : voies amphiboliques Trois grands métabolismes: - glucidique - lipidique - azoté ( ac. aminés, protéines et ac. Nucléiques) Glucides Lipides Protéines Digestion et absorption ATABLISME GLUIDIQUE Glucides simples (surtout glucose) Acides gras + glycérol atabolisme Acides aminés Biosynthèse Glycolyse: dégradation du glucose Métabolisme du fructose et du galactose - Glycogénolyse: dégradation du glycogène Acétyl-oA - Voie des pentose-phosphates ycle de l acide citrique 2 2 haîne respiratoire x n ANABLISME GLUIDIQUE Néoglucogenèse: formation de glucose à partir précurseurs Glycogenogenèse: formation de glycogène à partir d oses 1
ATABLISME GLUIDIQUE INTRDUTIN GENERALE : Rappels de thermodynamique A - DIGESTIN ET ABSRPTIN DES GLUIDES I- DIGESTIN DES GLUIDES II- ABSRPTIN DES SES SIMPLES RAPPELS DE TERMDYNAMIQUE Nutriments + 2 2 + 2 + Energie Ex : 6 12 6 + 6 2 6 2 + 6 2 Variation d énergie libre ΔG A + B ΔG = ΔG + RT ln + D [] [D] [A] [B] onditions standard ΔG Τ = 298 k (25 ) Pr = 1 atm. R = 8, J K -1 mol -1 himie: produits initialement 1 M et p = 0 Biochimie onditions standard définies de manière différente : p = 7 ou [ + ] = 10-7 mol/l [ 2 ] = 55 mol/l [Mg 2+ ] = 10 - mol/l [] [D] ΔG = ΔG + RT ln [A] [B] A l équilibre : ΔG = 0 []éq [D]éq ΔG = - RT ln [A]éq [B]éq ΔG = - RT ln K c Relation entre K c, ΔG et le sens des réactions (partant des conditions standard) K c ΔG Réaction (en condition standard) >1 négative dans le sens aller Ex : 10-17,1 kj/mol 1 0 à l équilibre < 1 positive dans le sens retour Ex : 10 - +17,1 kj/mol Attention: c est ΔG qui donne le sens de la réaction! 2
Exemple de la transformation du glucose-6-phosphate en fructose-6-p par la phosphohexose isomérase Glc-6-P Fr-6-P Partant de 0 mm de l un ou de l autre des composés, on a à l équilibre : 20 mm de glc-6-p et 10 mm de Fr-6-P En réalité le rapport Fr-6-P/Glc-6-P = ΔG = ΔG + RT ln 1/ = + 1,7 + 2,5 ln 1/ = + 1,7-2,5 x 1,1 = - 1,1 kj/mol 1 K c = [Fr-6-P] éq [Glc-6-P] éq = 1 2 n peut donc calculer T = 298 K (25 ) R = 8,15 J.K -1 mol -1 ΔG = - RT ln K c = + 8,15 x 298 x 0,69 (J/mol) = + 1,7 kj/mol Flux métaboliquem Glc Glc-6-P Fr-6-P Fr-1,6-BP 1 2 Enzyme ΔG ΔG Réaction 1 exokinase - 16,7-27,9 non à l équilibre (irréversible)... 2 Phosphohexose + 1,7-1,1 proche de Isomérase l équilibre... Phospho- - 17,1-26,5 non à l équilibre Fructokinase-1 (irréversible) Les énergies libres standard de l hydrolyse de quelques composés phosphorylés et de l acétyl-oa ΔG (kj/mol) (kcal/mol) Phosphoénolpyruvate -61,9-14,8 1,-Bisphosphoglycérate (->-phosphogycérate + Pi) -49, -11,8 réatine phosphate -4,0-10, ADP (-> AMP + Pi) -0,5-7, (-> ADP + Pi) -0,5-7, (-> AMP + PPi) -2,7,7 AMP (-> adénosine + Pi) -14,,4 PPi (-> 2 Pi) -,4-8,0 Glucose-1-phosphate -20,9-5,0 Fructose-6-phosphate -15,9 -,8 Glucose-6-phosphate -1,8 -, L-Glycérol--phosphate -9,2,2 Acétyl-oA -1,4-7,5
ouplage pour les réactions endergoniques 1ère réaction A B ΔG 1 2e réaction B ΔG 2 Ex : Synthèse du Glc-6-P 1 Glucose + Pi Glc-6-P + 2 ΔG 1 = + 1,8 kj/mol 2 + 2 ADP + Pi ΔG 2 = - 0,5 kj/mol 1 + 2 : Glc + Glc-6-P + ADP ATABLISME GLUIDIQUE INTRDUTIN GENERALE RAPPELS DE TERMDYNAMIQUE A - DIGESTIN ET ABSRPTIN DES GLUIDES I- DIGESTIN DES GLUIDES II- ABSRPTIN DES SES SIMPLES ΔG = ΔG 1 + ΔG 2 = - 16,7 kj/mol I- Digestion des glucides Enzyme Agit sur Libère Glucides présents dans les aliments: * polysaccharides : amidon glycogène * disaccharides : saccharose lactose ydrolyse de l amidon et du glycogène: -> α-amylase (glandes salivaires, pancréas) maltose maltotriose isomaltose dextrines -> α (1-6) glucosidase intestinale - Dextrinase dextrines α (1->6)D-glucosidase isomaltose glucose - Maltase maltose α (1->4)D-glucosidase maltotriose glucose - Saccharase saccharose fructose β (2->1)D-fructosidase glucose - Lactase lactose galactose β (1->4)D-galactosidase glucose 4
ATABLISME GLUIDIQUE Intolérance au lactose: Déficit en lactase intestinale peu fréquent chez les Européens, plus fréquent chez les Asiatiques troubles gastro-intestinaux, diarrhée INTRDUTIN GENERALE RAPPELS DE TERMDYNAMIQUE A - DIGESTIN ET ABSRPTIN DES GLUIDES I- DIGESTIN DES GLUIDES II- ABSRPTIN DES SES SIMPLES Pôle apical Glc Pompe ase Na + /K + Na + Na + 2 K + B - GLYLYSE otransporteur Na + /Glc (SGLT1) Na + Glc 2 K + ADP ellule intestinale I - II - INTRDUTIN : Schéma général LES ETAPES DE LA GLYLYSE LE BILAN ENERGETIQUE DE LA GLYLYSE ANAERBIE Pôle basal Transporteur (GLUT) Glc LE -> S. porte -> Foie III - LA REGULATIN DE LA GLYLYSE IV GLYLYSE ET PATLGIE 5
SEMA GENERAL DE LA GLYLYSE glucose B - GLYLYSE glycogène endogène synthèse des acides gras et TG AcétyloA cycle de Krebs chaîne respiratoire glucose-6-phosphate Triose-phosphates glycolyse aérobie pyruvate *phase préparatoire *Phase de fourniture d glycolyse anaérobie lactate INTRDUTIN : Schéma général I - LES ETAPES DE LA GLYLYSE (Embden Meyerhof) 1 - Les 10 étapes de la glycolyse (cytosol) 2 - La formation du lactate - La formation du glycérolphosphate 4 - La formation de l'éthanol 5 - La formation du 2, BPG dans le globule rouge 1-1 Phophorylation du glucose exokinase (+ Mg 2 +) Glucose + Glc-6-P + ADP 2 P 2 Transport 100 50 GLUT4 (muscle) GLUT2 (foie) V 100 50 ΔG = - 0,5 + 1,8 = - 16,7 kj/mol hexokinase glucokinase Phosphorylation 100 50 2 5 10 20 40 [glc] mm exokinase (muscle) Glucokinase (foie) 0,1 5 10 20 K sang GK [Glc] mm 0,1 5 10 20 K sang GK [glc] mm 6
GK NYAU GK YTSL GK Glc ADP PR = Protéine Régulatrice) PR Fr-1-P Fr-1-P PR Glc-6-P Glycogène 1-2- Isomérisation du glc-6-p P en fructose-6-p Glc-6-P Fr-6-P Phosphohexose isomérase ou Glucose-phosphate isomérase (GPI) P 2 [70 %] Glc-6-P P 2 2 6 1 5 2 4 [0 %] Fr-6-P 1 -- Phosphorylation du Fr-6-P P en Fr-1,6 1,6-BP Fr-6-P + Fr-1,6-BP + ADP 1-4 - Rupture du Fr-1,6 1,6-BP en 2 phosphotrioses Fr-1,6-BP PDA + -PGA [Fr-1,6-BP] aldolase Réaction irréversible ΔG = - 17,1 kj/mol ΔG = - 26,5 kj/mol Phosphofructokinase-1 ou PFK-1 P 2 6 2 P 1 5 4 Fr-1,6-BP 2 1 2 P 2 4 5 2 P 6 Phosphodihydroxyacétone 2 P 2 1-2 2 PDA + 4 5 2 P 6 -Phosphoglycéraldéhyde *Aldolase A (muscle) : substrat: Fr-1,6-BP *Aldolase B (foie) : 10 fois moins active substrats: Fr-1,6-BP et Fr-1-P 7
1-5 - Isomérisation des triose-phosphates PDA -PGA [95%] [5%] Triose-phosphate isomérase 2 P 4 et 5 et 2 6 et 1 1-6 - xydation du -phosphoglyc phosphoglycéraldéhyde en 1,-bisphosphoglyc bisphosphoglycérate -PGA + NAD + + Pi 1,-BPG + NAD + + NAD + NAD + + ~ P 2 P Pi 2 P -Phosphoglycéraldéhyde deshydrogénase (-GAPD) Fin de la phase préparatoire de la glycolyse Site actif de l Enzyme : cystéine ΔG d hydrolyse de la liaison acyl P = - 49 kj/mol -PGA DESYDRGENASE : mécanisme m d action NAD + Site actif E-S + R -PGA NAD + + ALDEYDE E-S R Liaison thioester Pi E-S R Liaison thio-semiacétalique E-S + P ~ R 1,-BPG Liaison acylphosphate (riche en énergie) 8
Inactivation par l l iodoacétamide E S+ I 2 N 2 E S 2 N 2 + I 1-7- Transfert de phosphate du 1,-BPG à l ADP ~ P - ADP 2 P 1,-BPG 2 P -PG Phosphoglycérate kinase (PGK) Phosphorylation au niveau du substrat Découplage en présence d arséniate L arséniate est un poison violent car il découple l oxydation et la phosphorylation. As 4 - As 2- Analogue de P 4-2 P 2 P 1 arsénio nio-pg 1,-BPG Normalement 6 + 7 : PGA + NAD + + ADP + Pi PG + NAD + + + En présence d arséniate : -PGA + NAD + + 2 0 -PG + NAD + 2 + P 1-8 - Transformation du PG en 2 PG 1 2 2 2 P - -PG 2-PG 1 Phosphoglycérate mutase 2 2 P 9
Réaction de la phosphoglycérate mutase: Transfert d un d phosphate (lié à is) ) au 2 du -PG 1-9- Passage du 2-PG 2 au PEP 2-PG PEP -PG E- P 2,-BPG E 2-PG 2 2-PG P 2 2 Mg 2+ Enolase 2 ~ P Phosphoénolpyruvate ΔG = 7,5 kj/mol Liaison énolphosphate Liaison phosphoester ΔG = - 61,9 kj/mol ΔG = - 17 kj/mol 1-10 - Formation du pyruvate Transfert du groupement phosphate à l ADP PEP + ADP Pyruvate + Pyruvate kinase (PK) ~ P 2 PEP ADP PK ΔG = - 61,9 + 0,5 = - 1, 4 kj/mol Réaction irréversible Pyruvate Aérobiose : Pyruvate haîne respiratoire acétyloa ycle de Krebs 10
2 - Réduction du pyruvate en lactate (glycolyse anaérobie) ertains tissus : - rétine, cerveau, érythrocytes - muscle si apport d 2 insuffisant Microorganismes : fermentation lactique (fromage, yaourt) Lactate deshydrogénase : 5 isoenzymes 2 gènes 2 polypeptides M(uscle) (eart) Pyruvate NAD + + NAD + Lactate deshydrogénase LD Lactate dépôt M 4 M M 2 2 M 4 Intérêt de la formation du lactate : Régénération du NAD + de manière à ce que la glycolyse puisse continuer dans les conditions anaérobies Glucose 2 NAD + 2 NAD 2 Pyruvate 2 Lactate En aérobie: Transfert des + et électrons vers la mitochondrie - Formation du L-glycL glycérol--phosphate 2 2 P PDA NAD + + NAD + Glycérol--P deshydrogénase 2 Précurseur de la synthèse des triglycérides Navette pour les équivalents réducteurs du NAD cytosolique 2 P Glycérol--P 11
Glycérol--P NAD + NAD + + deshydrogénase cytosolique 2 2 P Glycérol--P FAD FAD 2 PDA 2 2 P Glycérol--P deshydrogénase mitochondriale NAD oxaloacétate GLU ASAT EIM NAD + Malate Malate deshydrogénase αcéto glu Membrane Interne Transporteur Malate/ α cetoglu Malate GLU αcéto glu MATRIE NAD + Malate deshydrogénase oxaloacétate ASAT NAD MMI UQ omplexe III Aspartate Transporteur GLU/ASP Aspartate MATRIE 4 - Formation de l éthanol Microorganismes : levure de brasserie hez l homme : L alcool deshydrogénase (AD) assure l oxydation de l éthanol dans le foie Pyruvate Pyruvate décarboxylase + TDP 2 Acétald taldéhyde Alcool deshydrogénase NAD + + NAD + 2 Ethanol 2 NAD + NAD + + Alcool deshydrogénase (AD) 2 NAD + NAD + + Aldéhyde deshydrogénase (ALD) oas AcétyloA 12
5 - Formation du 2,-BPG dans le GR Glucose 1,-Bisphosphoglycérate [1,-BPG] ADP -Phosphoglycérate [ PG] Pyruvate Pi Shunt de Rapoport 2 P 2 P 2,-Bisphosphoglycérate [2,-BPG] Bisphosphoglycérate Mutase/phosphatase (E. bifonctionnelle) II - LE BILAN ENERGETIQUE DE LA GLYLYSE ANAERBIE III - LA REGULATIN DE LA GLYLYSE 1 - Phosphofructokinases 1 et 2 2 - exokinase - Pyruvate kinase IV GLYLYSE ET PATLGIE Dihydroxyacétone phosphate Glucose exokinase ADP Glucose 6-phosphate Phosphoglucose isomérase Fructose 6-phosphate Phosphofructokinase 1 ADP Fructose 1,6- bisphosphate Triose phosphate isomérase Phase préparatoire paratoire Glycéraldéhyde -phosphate Phase de fourniture d Glycéraldéhyde NAD + + Pi -phosphate deshydrogénase NAD + + 1,-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate kinase ADP -Phosphoglycérate Phosphoglycérate mutase Enolase Phosphoénolpyruvate 2-Phosphoglycérate ADP Pyruvate kinase Lactate Pyruvate NAD + NAD + + 2 AcétyloA 1
BILAN ENERGETIQUE GLYLYSE ANAERBIE Glc + Glc-6-P + ADP Fr-6-P + Fr-1,6-BP + ADP 2 X [ 1,-BPG + ADP -PG + ] 2 X [PEP + ADP Pyruvate + ] Bilan -1-1 + 2 + 2 II - LE BILAN ENERGETIQUE DE LA GLYLYSE ANAERBIE III - LA REGULATIN DE LA GLYLYSE 1 - Phosphofructokinases 1 et 2 2 - exokinase - Pyruvate kinase Bilan global + 2 Glucose + 2 ADP + 2Pi 2 lactate + 2 IV GLYLYSE ET PATLGIE III - LA REGULATIN DE LA GLYLYSE Introduction: La glycolyse a 2 rôles principaux: - Production d énergie sous forme d -Fonction anabolique: fourniture d AcoA La régulation va donc être fonction de la charge énergétique de la cellule ( rapport /ADP) et de l abondance des composés pour la biosynthèse 1 - Régulation de la PFK-1 a) régulation allostérique b) régulation hormonale ou par phosphorylation 2 - Régulation de l hexokinase - Régulation par la PK 14
Vitesse relative V Vitesse PFK-1 ontrôle de la PFK-1 1 par l faible [Fr-6-P] élevé V [] 1 - Régulation de la PFK-1 a) régulation allostérique b) régulation hormonale ou par phosphorylation 2 - Régulation de l hexokinase - Régulation par la PK Isoformes PK-L a) régulation allostérique b) régulation hormonale Régulation de la PFK-1 6 P 2 2 1 5 2 4 P 2-100 80 60 0,1μM 1 μm Fr-2,6-BP 100 80 60 1 μm Fr-2,6-BP 0,1μM 40 0 μm 40 0 Fructose 2,6-bisphosphate 20 20 = activateur de la PFK 1 2 4 5 Fructose-6-phosphate (mm) 1 2 4 (mm) 5 15
Formation du Fr-2,6-BP Fr-6-P + Fr-2,6-BP + ADP PFK-2 Enzyme bifonctionnelle : Les activités PFK-2 et FBPase-2 sont contrôlées par phosphorylation et déphosphorylation ydrolyse du Fr-2,6-BP Fr-2,6-BP + 2 Fr-6-P + Pi Fructose bisphosphatase-2 ou FBPase-2 N + Domaine régulateur D. kinasique D. phosphatasique - Fructose-6-phosphate Mg K K PFK-2a FBPase -2b Glucagon AMPc 2 Mg 2 ADPMg Protéine kinase A P P Fructose-6-phosphate P P PFK-2b FBPase -2a Pi - Glc PFK-1 Glycogène Glc-6-P Fr-6-P Fr-1,6-BP Voie des Pentose-phosphates Engagement ADPMg 2 Pi Fructose-2,6 2,6-bisphosphate Protéine Phosphatase 2A 2 2 2 Fructose-2,6 2,6-bisphosphate Glycolyse ontrôle de la synthèse se et de la dégradation d du fructose-2,6 2,6-bisphosphate dans le foie 16
2 - Régulation de l hexokinase Glycogène Phosphorylation 100 50 exokinase (muscle) Glucokinase (foie) Glc exokinase PFK-1 Glc-6-P Fr-6-P Voie des Pentose-phosphates Engagement 0,1 5 10 20 K sang GK [glc] mm Fr-1,6-BP Glycolyse - Régulation par la PK 4 Isoformes: M1, M2, R et L Régulation de la PK-L: a) régulation allostérique b) régulation hormonale 2 Pi PEP + ADP ontrôle de l activité de la PK-L PK- P PK active ADP Protéine kinase A (AMPc dépendante) Pyruvate + ontrôle hormonal Fr-1,6-BP Alanine Acétyl oa ontrôle métabolique 17
IV- Glycolyse et Pathologie 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. 1 - 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 IF-1 * l expression des transporteurs du glucose des facteurs angiogéniques IV- Glycolyse et Pathologie 1 - Tumeurs cancéreuses (suite): Traceur de cette activité métabolique intense un dérivé du glucose ( 18 F- fluoro-désoxyglucose ou FDG) localiser les foyers tumoraux actifs => caméra tomographique détecte l émission de positons provenant de la tumeur qui a fixé fortement le FDG. Appareil = (PET-Scan) IV - Glycolyse et Pathologie (suite) 2 - Enzymopathies de la glycolyse: Majoritairement au niveau de la PK *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 18