MEtabolisme Des Glucides

1

METABOLISME DES GLUCIDES

- VOIE DE LA GLYCOLYSE

• Définition

• Description de la voie métabolique

• Bilan de la glycolyse

• Régulation de la glycolyse

- DEVENIR DU NADH, H+ ET L’ACIDE PYRUVIQUE FORMES AU COURS DE LA GLYCOLYSE

• En anaérobiose dans le cytoplasme

• En aérobiose dans la mitochondrie

- NADH, H+

- Acide pyruvique

- VOIE DES PENTOSES - PHOSPHATES


• Intérêt de la voie des pentoses-phosphates

• Régulation de la voie des pentoses-phosphates

- METABOLISME DU GLYCOGENE

• Synthèse du glycogène : glycogénogénèse

• Dégradation du glycogène : glycogénolyse

• Régulation du métabolisme de glycogène

- NEOGLUCOGENESE

• Définition

• Généralités


- A partir de l'acide lactique

- A partir d’acides aminés glucoformateurs

- A partir du glycérol

• Régulation des enzymes clés de la néoglucogénèse

- METABOLISME DES AUTRES HEXOXES

• Fructose

• Galactose

• Mannose

2

VOIE DE LA GLYCOLYSE FORMATION DE FRUCTOSE 1,6-BISPHOSPHATE A PARTIR DU GLUCOSE Phosphorylation du glucose

OH

H1

OH

H

CH2

O

H

H

H

OHHO

hexokinase

ADPATP

HO

Glucose 6-phosphate

CH2

O

H

H

H

H

OH

H

OH

OH

HO

O

O6

OPO

5

4

3 2

Mg2+

Glucose Conversion du glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate

Glucose 6-phosphate

isomérasephosphohexose

Mg2+

CH2OH

HOH

OH H

OH

1

2

34

5

H

OO P O CH2

6

O

OO

O

HO

OH

OH

H

OH

H

H

H

H

O

1

23

4

5

6

CH2OPO

Fructose 6-phosphate Phosphorylation du fructose-6-phosphate en fructose-1,6-bisphosphate

O

O

POCH2

HOH

OH H

OHH

OO P O CH2

O

O

Fructose 1,6-bisphosphate

OHCH2

Fructose 6-phosphate

O

O

CH2OPOO

H OH

HOH

H HO Phosphofructokinase

Mg2+

ATP ADP

3

FORMATION DU GLYCERALDEHYDE 3-PHOSPHATE PAR CLIVAGE ET ISOMERISATION

3-phosphateGlycéraldéhyde

phosphate

Dihydroxyacétone

P

O

O

OCH2

HCOH

C

HO

+

CH2OH

CO

O

POPOCH2

O

O

OO

HOH

OH H

OHH

OO P O CH2

O

O


CH2

AldolaseO

Glycéraldéhyde 3-phosphate

triose phosphate isomérase

OO

O

O

POCH2

O H

C

HCOH

Dihydroxyacétone phosphate

O

OO

POCH2

C

CH2OH

TRANSFORMATION DU 3-PHOSPHO GLYCERALDEHYDE EN 3 PHO SPHOGLYCERATE

Oxydation du glycéraldéhyde-3-phosphate en 1,3-bis phosphoglycérate

+

1,3-Bisphosphoglycérate

3

-2

O

C

HCOH

CH2OPO

Phosphateinorganique

glycéraldéhyde-3- phosphatedéshydrogénase

NAD NADH + H+

O

O

P OHO+-

32

CH2OPO

3-phosphateGlycéraldéhyde

HCOH

C

HO OPO

O

O

Transfert de phosphate du 1,3-bisphosphoglycérate à l’ADP

O

O

O P O

CH2OPO

HCOH

C

O

2-

3

1,3-Bisphosphoglycérate

+ P

P

O

Rib Adénine

O

3

-2

O

C

HCOH

CH2OPO

+

AdénineRib

O

P

P

OPO

ADP 3-Phosphoglycérate ATP

phosphoglycérate kinase

Mg2+

O

PASSAGE DU 3-PHOSPHO-GLYCERATE AU PYRUVATE

Phosphoglyceromutase Enolase

ATP+ H+ADPH2O

OH

OPO32- OPO32- O

CH3

C

OO

C

H

H C

C

OO

C

H

H C

CH

OO

C

H

OPO32-H C

OHCH

3-Phosphoglycérate 2-Phosphoglycérate Phosphoenolpyruvate Pyruvate

OO

C

pyruvatekinase

4

Réactions de la glycolyse

Etape Réaction Enzyme Type* ∆G°, ∆G 1 Glucose + ATP glucose 6-phosphate + ADP + H+ Hexokinase a - 4,0 - 8,0

2 Glucose 6-phosphate ⇌ fructose 6-phosphate Phosphoglucose isomérase c + 0,4 - 0,6

3 Fructose 6-phosphate + ATP fructose 1,6-bisphosphate + ADP+H +

Phosphofructokinase a - 3,4 - 5,3

4 dihydroxyacétone phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate


Aldolase e + 5,7 - 0,3

5 Dihydroxyacétone phosphate glycéraldéhyde 3-phosphate

Triose phosphate isomérase c + 1,8 + 0,6

6 Glycéraldéhyde 3-phosphate + Pi + NAD +1,3-bisphosphoglycérate + NADH + H+

Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase

f + 1,5 - 0,4

7 1,3-bisphosphoglycérate + ADP 3-phosphoglycérate + ATP

Phosphoglycérate kinase a - 4,5 + 0,3

8 3-phosphoglycérate 2-phosphoglycérate

Phosphoglycéromutase b + 1,1 + 0,2

9 2-phosphoglycérate phosphoénolpyruvate + H 2O

Enolase d + 0,4 - 0,8

10 Phosphoénolpyruvate + ADP + H+ → pyruvate + ATP Pyruvate kinase a - 7,5 - 4,0

Note : ∆G°, et ∆G sont exprimés en kcal/mol. ∆G, la modification vraie d’énergie libre, a été calculée à partir de ∆G'0, et les concentrations connues de réactants dans des conditions physiologiques typiques. * réactions type : a) transfert de phosphoryle. b) Déplacement de phosphoryle. c) Isomération. d) Déshydratation. e) Clivage d’un aldol. f) Phosphorylation couplée à l’oxydation.

Consommation et formation de l’ATP dans la glycolyse Réaction Modification de l’ATP par glucose

Glucose glucose 6-phosphate - 1 Fructose 6-phosphate fructose 1,6-bisphosphate - 1 2 1,3-bisphosphoglycérate 2 3-phosphoglycérate + 2 2 phosphoénolpyruvate 2 -pyruvate + 2 Total 2

Pi

Aldolase

hexokinase ATP

ADP Glucose 6-phosphate

Phosphoglucoce isomérase

Fructose 6-phosphate ATP

ADP Phosphofructo

kinase Fructose 1,6-bisphosphate

Dihydroxyacétone phosphate

triose phosphate isomérase

Glycéraldéhyde 3-Phosphate

déshydrogénase

Glycéraldéhyde 3-Phosphate

N A D + +

H + N A D H +

1,3-Bisphosphoglycérate Phosphoglycérate

kinase

3-Phosphoglycérate

mutase

2-Phosphoglycérate

H 2 O

ATP

ADP

Phosphoglycéro-

Enolase

Phosphoénolpyruvate Pyruvate

kinase

La voie de la glycolyse

Pyruvate

5

DEVENIR DU NADH, H+ ET DE L'ACIDE PYRUVIQUE FORMES AU COURS DE LA GLYCOLYSE

- En anaérobiose dans le cytoplasme réduction en acide lactique

CH3 C COOH CH3 CH COOH

OHONAD+NADH + H+

lactico-deshydrogénase

Fermentation alcoolique chez les micro-organismes

NADH + H+NAD+

éthanol

CH2OHCH3

alcooldéshydrogénase

pyruvatedécarboxylase H

OCCH3

CO2Ac. pyruvique

O

COOHCCH3

acetaldéhyde

- En aérobiose dans la mitochondrie Des navettes sont nécessaires à l’oxydation du NADH,H+ extra-mitochondrial

mitochondriesdans lesDiffuse

E-FADE-FADH2

HHO

CH2OH

C

CH2OPO32-

CH2OPO32-

CH2OH

HCHONavette du glycérol phosphate

CH2OH

C O

CH2OPO32-

cytosoldans leDiffuse

CH2OPO32-

OC

CH2OH

phosphateDihydroxyacétone

NADH

cytosolDans le

mitochondriesDans les

NAD++ H+

Glycérol3-phosphate

6

Devenir de l’acide pyruvique - Décarboxylation oxydative et formation d’acétyl-coenzyme A

Pyruvate + NAD+ + CoA Acétyl-CoA + NADH + H+ + CO2

- Carboxylation

- Résumé de l’utilisation du NADH, H+ et de l’acide pyruvique produits au cours de la

glycolyse

anaérobiose2 NADH + H+

2 (NADH + H+)

2 NAD+

2 NAD+aérobiose

mitochondries

ATP

glucose

2-phosphoglycéraldéhyde

2 acide 1-3 bisphosphoglycérique

2 acide pyruvique

2 acide lactique

mitochondriescytoplasme

citrate

ac. oxaloacétique

acétyl-CoA

néoglucogénèse

acide lactique

alanine

acide pyruvique

glucose

Cycle del'acide citrique

glycolyse

oxaloacétate + ADP + Pi pyruvate carboxylase

P y r uv ate + H C O - 3 + A T P

7

VOIE DES PENTOSES-PHOSPHATES

La voie des pentoses-phosphates produit du NADPH et synthétise des oses à cinq carbones VOIE METABOLIQUE Partie oxydative

H2O

gluconiqueacide 6-phospho-

CH2O PCH2O P

PCH2O

OHCH

HHO C

OHCH

OHCHlactonase

Glucose 6-phosphate

OH

NADPH + H+NADP+

glucose-6-phosphate déshydrogénase

6 phospho-glucono-lactone

O

OH

OH

OHOH

OHOH

O

COOH

O

NADP+H+NADP+

ribose 5-phosphate

CH2O P

H C OH

H C OH

O=C

CH2OH

gluconiqueacide 6-phospho-

PCH2O

OHCH

HHO C

OHCH

OHCH

COOH 6-phosphogluconate-déshydrogenase

Partie non oxydative Réaction d’isomérisation

Xylulose 5-phosphate ribose 5-phosphate

OHCH

CH2O P

H C OH

H C OH

CHO

isoméraseépimérase

ribulose 5-phosphate

C = O

OHCH

OHCH

PCH2O

HO

CH2OH

C = O

OHCH

C

PCH2O

CH2OH

H

Réaction de transfert de radicaux

C5 + C5

C7 + C3

C5 + C4

C3 + C7

C4 + C6

C3 + C6

transcétolase

transaldolase

transcétolase

Schéma

8

Résumé

Réaction Enzyme

PARTIE OXYDATIVE Glucose 6-Phosphate + N A D P +

6-phosphoglucono- δ -lactone + NADPH + H + Glucose 6-phosphate déshydrogénase

6-phosphoglucono- δ -lactone + H 2 O 6-phosphogluconate + H + Lactonase

6-phosphogluconate + NADP + ribulose 5-phosphate + C O 2 + NADPH 6-Phosphogluconate déshydrogénase

PARTIE NON OXYDATIVE

Ribulose 5-phosphate ribose 5-phosphate

Ribulose 5-phosphate xylulose 5-phosphate

Xylulose 5-phosphate + ribose 5-phosphate

sédoheptulose 7-phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate Transcétolase

Sédoheptulose 7-phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate Transaldolase fructose 6-phosphate + érythrose 4-phosphate

Xylulose 5-phosphate + erythose 4-phosphate

fructose 6-phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate Transcétolase

Phosphopentose épimérase

Phosphopentose isomérase

Xylulose 5-P

transcétolase

O H C C H O

H P C H

2 O H O

C H 2 O H C = O

O H C H C

P C H 2 O

H O O = C

C H 2 O H

O H C

érythrose 4-P

C H O

H H C O H

P C H 2 O

P C H 2 O H C O H H C O H

H O

C H 2 O H

C H 2 O P

O H C H H

C H O

ribose 5-P

C O H H C O H

C H C O H

O = C

sedoheptulose 7-P

O H C H

P C H 2 O

C

fructose 6-P

glycéraldéhyde transaldolase

transcétolase

H O O = C

C H 2 O H

Xylulose 5-P C H 2 O P

C H C O H

O = C C H 2 O H

H O C H 2 O P

H C O H C H O

phospho- O H C H O H C H

P C H 2 O

C

fructose 6-P

H H

phospho- glycéraldéhyde

H

H H

O H C H

9

METABOLISME DU GLYCOGENE GLYCOGENOGENESE Synthèse des chaînes linéaires

uridyl-transférase

Glucose 1-phosphate + UTP UDP-glucose + PPi

PPi +H2O 2 Pi

Glucose 1-phosphate + UTP + H2O UDP-glucose + 2 Pi

(UDP-glucose)

O

OO

HN

CN

CH

CHC

Uridine diphosphoglucose

HH

OHHO

CH2O

HH

O

O

O

P

O

O

O P O

HOCH2

Glucose

HO

OH

H

OH

H

H

H

H

O

OO

HOCH2

OH

H

OH

H

H

H

H

O

HOCH2

OH

H

OH

H

H

H

H

O

HOCH2

HO

OH

H

OH

H

H

H

H

O

OR + uridineO

O

O

P

O

O

O P O

UDPGlygogène(n+1 résidus)

glycogène-synthétase

UDP-Glucose(n résidus)Glycogène

+ OR

O

H

H

H

H

OH

H

OH

HOCH2

O

H

H

H

H

OH

H

OH

HO

HOCH2

OuridineO

O

O

P

O

O

O P O

HOCH2

HO

OH

H

OH

H

H

H

H

O

Synthèse de chaînes ramifiées

ADP + 2 Pi+ glycogènen+1

+ H2Oglycogènen Somme : Glucose 6-phosphate + ATP +

UTP + ADPUDP + ATP (5)

glycogènen+1+ UDPUDP-glucose + glycogènen (4)

2 PiH2OPPi + (3)

UDP-glucose + PPiGlucose 1-phosphate + UTP (2)

glucose 1-phosphate(1) Glucose 6-phosphateBilan

10

Schéma du métabolisme du glycogène hépatique

PO4H3

uridyl-transférase

amylo-1,4-1,6-transféraseglycogène-synthase

UDP

UDP-glucose

phosphoglucomutase

phosphataseglucose-6-

voie de la glycolyse

glucose-6-phosphate

glucose-1-phosphate

glucose

par un seul résidu glucosylramification α-1,6 constituée

chaîne portant une

linéairesbranchées

chaînes

glycogène

α1,4-α-1,6glucanne transférase

α1,6 glucosidase

hexokinaseglucokinase

REGULATION

Glycogen synthetase b(inactive)

Glycogen synthetase a(active)

Phosphatase

(active)(inactive)Phosphorylase b Phosphorylase a

Protein kinase(active)

cAMP

Protein kinase

(inactive)

11

AMP

OH

H H

OH

H

OO P O CH2

O

O

H

Adenine

H2O

H+

Cyclic AMP

O H H

OH

H

O

P

O CH2

OO

H

Adenine

cyclaseAdenylate

PPi

ATP

O

OO P

O

Adenine

H

HO

O

O

O P

O

CH2OPOO

H

OH

HH

Phosphodiesterase

SYNTHESE ET DEGRADATION ENZYMATIQUE DE L’AMP CYCLIQUE

12

NEOGLUCOGENESE

A PARTIR DU PYRUVATE : Trois dérivations par rapport à la glycolyse. Première dérivation : passage Pyruvate → Phospho-énol-pyruvate Le phospho-énol-pyruvate est formé à partir du pyruvate par l’intermédiaire de l’oxalo-acétate.

Phosphoénolpyruvate-carboxykinase

PO

C-COOH + GDP + CO2CH2COOH-CH2-CO-COOH + GTP

pyruvate carboxylaseCH3-CO-COOH + CO2 + ATP + H2O COOH-CH2-CO-COOH + ADP + Pi

enolase

Certains Acides Aminés Lactate

Pyruvate

P i + A D P

C O 2 + A T P Pyruvate carboxylase

[PEP] carboxykinase Phosphoenolpyruvate

Oxaloacétate

C O 2 + G D P

GTP

Phosphoenolpyruvate

3-Phosphoglycerate

dehydrogenase Glycéraldéhyde 3-phosphate

glycérol Triose phosphates

Aldolase


fructose 1,6-bisphosphatase Phosphofructokinase

Fructose 6-phosphate

Glucose 6-phosphate isomérase

Glucose 6-phosphate

Glucose 6-phosphatase

Glucose

13

La pyruvate carboxylase est localisée dans les mitochondries, la phosphoénolpyruvate carboxykinase est localisée dans le cytosol.

Le pyruvate doit pénétrer dans la mitochondrie et l’oxalo-acétate doit en sortir. Trois mécanismes possibles pour effectuer ce transfert :

Intra-mitochondrial

Extra-mitochondrial

Acétyl-CoACitrate

Glutamate

GlutamateAspartate

Malate

MalateOxaloacétate

Aspartate

mitochondriale

Membrane

CoAAcétyl

Phosphoénolpyruvate

glutarateα ceto- Citrate

OxaloacétatePyruvate

Pyruvate

Deuxième dérivation : passage Fructose-1,6-diphosphate → Fructose 6-phosphate

Fructose 1,6-bisphosphate + H2O fructose 6-phosphate + Pi

fructose 1,6-bisphosphatase

Troisième dérivation : passage Glucose-6-phosphate → Glucose

glucose-6-phosphatase

glucose + PiH2OGlucose-6-phosphate +

BILAN : la stoechiométrie de la néoglucogénèse est :

NAD+Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 H2O2 Pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2

Six liaisons phosphates riches en énergie sont dépensées dans la synthèse du glucose à partir du pyruvate.

14

A PARTIR DES ACIDES AMINES GLUCOFORMATEURS

A PARTIR DU GLYCEROL

ATP ADP NAD+ NADH, H+

3 P Glycérol

glycérol-kinase glycérol 3-phosphate déshydrogénase

Glycérol P. dihydroxy-acétone

Glucose

Pi

Glucose-6- P Glucose-1- P

Fructose-6- P

Fructose1-6-di- P

P Triose- P -glycérate

PEP N A D H .H + N A D +

Oxaloacétate GTP C O 2

Malate

Acides aminés

Cytosol

Alanine Sérine Cystéine Aspartate

Pyruvate Oxaloacétate Malate

Acides aminés acides α -cétoniques

Mitochondrie

15

CATABOLISME DU FRUCTOSE, DU GALACTOSE ET DU MANNOSE

Fructose • Voie de la fructokinase

kinase

ADPATP

Fructose 1-phosphateFructose

Fructokinase

aldolase

Glycéraldéhyde + Dihydroxyacétone-phosphate

Triose ATP

ADP

Glycéraldéhyde 3-phosphate

• Voie de l’hexokinase

ADPATP

Fructose 6-phosphateFructose

Hexokinase

16

Galactose

UDP GluUDP Gal

UDP Gal 4 epimérase

UDP Glu-Gal 1 P uridyl transférase

UDP Gal + Glu 1 P Gal 1P + UDP Glu

Gal 1P + ADPGal + ATP

Galactokinase

Bilan

Glu 1P + ADPGal + ATP

Galactokinase, transferase, épimérase

Mannose

Hexokinase

Mannose Mannose 6P

ATP ADP

F6P

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MEtabolisme Des Glucides