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Poly 03-Metabolisme Des Glucides

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METABOLISME DES GLUCIDESDr NDA

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10/03/2013

Objectifs Citer les diffrents sucres de lorganisme: glucose, fructose, galactose

Maitriser le schma du mtabolisme du glucose

et les anomalies Maitriser les voies danabolisme et de catabolisme des glucides et leur rgulation Maitriser le cycle de krebs

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Plan

I)Introduction II)Catabolisme glucidique1) La glycolyse (ou voie dEmbden-Meyerhof) 2) Mtabolisme du pyruvate 3) Le cycle de Krebs 4) Voies annexes

III)Bilan nergtique du catabolisme glucidique

1) En anarobie 2) En arobie 1) Glycognogense 2) Glycognolyse 3) Rgulation des rserves de glycogne 1) Les prcurseurs 2) mcanismes daction et les enzymes cls

IV)Rserve glucidique & mtabolisme du glycogne

V) Anabolisme glucidique : noglucogense (ou gluconogense)

VI) Carrefour et interrelation mtabolique

1) Au niveau de la glycolyse 2) Au niveau du cycle de Krebs 3) Galactose et fructose

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Dfinition Ce sont des molcules organiques dont les

carbones sont porteurs de fonctions alcools (alcool secondaire, alcool primaire) dune fonction aldhyde ou ctonique (fonction carbonylique)

parfois dune fonction acide ou amine.

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Introduction Le glucose constitue le principal aliment

nergtique des cellules. Son taux (ou glycmie) est maintenu relativement stable (0,7 1,1 g/l) par les facteurs rgulateurs: insuline, glucagon Rles des glucides au sein de lorganisme : production nergtique mise en rserve, synthse de glycoprotines et de macromolcules

(GAG, ), synthse des nuclotides (ribose et NADPH), puration des produits insolubles et toxiques, interrelation mtabolique.5

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Introduction Au niveau de lintestin on trouve: du glucose, du fructose, galactose, cellulose provenant

des glucides, des acides-amins provenant des protines et des chylomicrons provenant des lipides. Le glucose est utilis directement par les cellules de

lorganisme en manque dnergie. Le glucose est dgrad dans le cytosol puis dans la mitochondrie en CO2, H2O et ATP Ou passage dans la circulation pour rejoindre les hpatocytes, dans lesquelles il sera stock, ou sous forme de graisse au niveau des tissus adipeux. La noglucogense partir de substances nonglucidiques lorsque lorganisme en aura nouveau besoin, dans le foie.6

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Rles - nergtique: le D-glucose.

- structural: la cellulose. - informationnel: le D-ribose ou le D-

dsoxyribose

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Diffrents sucres de lorganisme Les oses (ou glucides simples, ou encore

monosaccharides Les osides: - des holosides (ou glucides complexes, ou encore polysaccharides, si lhydrolyse ne libre que des oses). - des htrosides si lhydrolyse libre un ou des oses et une partie non glucidique.

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Molcule de glucosea) Formule molculaire: Formule brute : C6H12O6

b) Formule semi-dveloppe:

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D galactose

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Transport cellulaire du glucose Par diffusion faciliteo GLUT 1 est principalement visible au niveau des

rythrocytes et des neurones, o GLUT 2 est principalement visible au niveau des hpatocytes et des cellules des lots de Langerhans, o GLUT 3 est principalement visible au niveau des neurones, o GLUT 4 est principalement visible au niveau des cellules musculaire stries et des adipocytes, o GLUT 5 est principalement visible au niveau des entrocytes et des spermatozodes.11 10/03/2013

Transport cellulaire du glucose De manire plus localis, il est important de

comprendre les mcanismes dabsorption du glucose au niveau des entrocytes: Au niveau de la bordure en brosse dirige vers la

lumire intestinale, le glucose rentre dans la cellule par un transporteur symport (actif) glucosesodium. Au ple basal il sera ensuite pris en charge par un transporteur uniport (passif) afin de passer dans la circulation sanguine. Le sodium quant- lui ressortira de la cellule par une pompe sodium-potassium (Na-K ATPase).12 10/03/2013

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A/Le catabolisme du glucose Dgradation des molcules de glucose

permettant la formation de molcules riches en nergie: ATP. 1) La glycolyse (ou voie dEmbden-Meyerhof) 2) Mtabolisme du pyruvate 3) Voies annexes: La voie des pentoses-phosphates La voie du 2,3-diphosphoglycrate (2,3-DPG)

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1) La glycolyse (voie dEmbden Meyerhof) La glycolyse est la premire tape du

catabolisme des glucides, elle seffectue dans le cytosol par des enzymes solubles et en anarobie (sans apport doxygne). Elle a comme fonction: la synthse de molcule

riche en nergie(ATP), la formation de pyruvate qui aura plusieurs destines. 10 grandes tapes, faisant intervenir 10

enzymes :

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La glycolyse1 Contrle Bilan

Glycogne

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Contrle3

Bilan

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a) Les diffrentes tapes de la glycolyse transphosphorylation du glucose en glucose-6-

phosphate catalyse par la glucokinase au niveau du foie ou par lhexokinase au niveau des autres organes. Cette

raction consomme une molcule dATP.

isomrisation du glucose-6-phosphate en fructose-6-

phosphate catalyse par la 6-phosphohexose-isomrase.

Transphosphorylation du fructose-6-phosphate en

fructose-1,6-biphosphate catalyse par la 6-phosphofructo-kinase. Cette raction

consomme une molcule dATP.17 10/03/2013

a) Les diffrentes tapes de la glycolyse Dgradation du fructose-1,6-biphosphate en

dihydroactone-phosphate et en gycraldhyde-3phosphate catalyse par laldolase. Isomrisation du dihydroactone-phosphate en glycraldhyde-3-phosphate catalyse par la triosephosphate-isomrase. Phosphorylation du glycraldhyde-3-phosphate

en 1,3-biphosphoglycrate catalyse par la glycraldhyde-3-phosphatedshydrognase. Cette raction ncessite une molcule de phosphate ; elle permet galement la formation de NADH, H+ partir de NAD+.18 10/03/2013

Glycolyse (suite)Bilan nergtique 2 NAD rduits (6 ATP) Mitochondries

Oxydation2-3 bi.. Bilan 6

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9 Bilan 10

a) Les diffrentes tapes de la glycolyse transphosphorylation du 1,3-biphosphoglycrate en 3-

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phosphoglycrate catalyse par la phosphoglycrate-kinase. Cette raction permet la formation dATP partir dADP. mutation du 3-phosphoglycrate en 2-phosphoglycrate catalyse par la phosphoglycromutase. dshydrognation du 2-phosphoglycrate en phosphonolpyruvate catalyse par lnolase. Cette raction relargue une molcule dH2O. transphosphorylation du phosphonolpyruvate en nolpyruvate catalyse par la pyruvate-kinase. Cette raction permet la formation dATP partir dADP. 10/03/2013 tautomrie ctone-nol de lnolpyruvate en pyruvate

Glycolyse anarobique : - O2Disponible pour la glycolyse

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2) Mtabolisme du pyruvate trois ractions irrversibles : La raction de transphosphorylation du glucose

en glucose-6-phosphate catalyse par la glucokinase ou lhexokinase.

Lhexokinase est inhibe par le glucose-6-phosphate.

La raction de transphosphorylation du fructose-

6-phosphate en fructose-1,6-biphosphate catalyse par la 6-phosphofructokinase.

La raction de transphosphorylation de lacide

phospho-nol-pyruvique en acide nolpyruvique catalyse par la pyruvate-kinase.22 10/03/2013

Mtabolisme du pyruvate - Hexokinase

Gluc+ ATP G-6-P + ADP -Phosphofructokinase 1

F-6-P + ATP F-1,6-bis P + ADP - Pyruvate kinase PEP + ADP Pyruvate + ATP

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Mtabolisme du pyruvate Pyruvate + NAD+

+ CoA ----------

Actyl-CoA + NADH+H+ + CO2 Dcarboxylation oxydative. Intramitochondrial. (NAHrduit) Voie irrversible. Complexe pyruvate dshydrognase

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Le cycle de Krebs Le cycle de Krebs (ou cycle tricarboxylique ou

cycle de lacide citrique) est la plateforme nergtique de la cellule, continuant le catabolisme des glucides aprs la glycolyse. Il se ralise dans la matrice mitochondriale et se fait exclusivement en arobie. Le cycle de Krebs a diffrents rles : la dgradation du substrat (ACoA) en CO2 grce

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loxygne, la prise en charge dhydrogne et dlectrons riches en nergie par les FAD et les NAD+, la production dnergie sous forme dATP.

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a) Les diffrentes tapes du cycle de Krebs Le cycle est compos de 9 grandes tapes,

faisant intervenir 8 enzymes :

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b) Bilan du cycle de Krebs En arobie lactylcoenzyme A entre dans le

cycle de Krebs. Un tour de cycle, cest--dire lutilisation dune molcule dactylcoenzyme A permet la formation : 3 NADH, H+ qui permettront thoriquement la

formation de 3 ATP chacun au niveau de la chane respiratoire (2,5 ATP en ralit), et donc au total la formation de 9 ATP (7,5 ATP en ralit). 1 FADH2 qui permettra thoriquement la formation de 2 ATP au niveau de la chane respiratoire (1,5 ATP en ralit). 1 ATP.27 10/03/2013 une molcule dactylcoenzyme A permet la

formation thorique de 12 ATP (10 ATP en

c) Rgulation du cycle de Krebs on met en vidence essentiellement une raction

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soumis rgulation, la raction de dshydrognation de lisocitrate loxalosuccinate catalyse par lisocitrate dshydrognase. Cette enzyme est inhibe par lexcs dATP et active par le NAD et le FAD. Dautre part la rgnration doxaloactate est ncessaire pour que le cycle de Krebs fonctionne flux constant. En effet loxaloactate joue un rle dans un certain nombre de mtabolisme, son apport rgulier au cycle de Krebs est permis par les acides amins 10/03/2013

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Bilan de l oxydation du glucose en CO2 et H2O Glycolyse Oxydation du pyruvate : 2 NAD rduit.

8 ATP 6 ATP

Oxydation de l actyl-CoA : 24 ATP ( 3* 2 NAD rd + 1* 2 FAD rd. + 2 ATP)

Bilan net : Glycolyse anarobique :

38 ATP

2 ATP

b) Bilan nergtique La glycolyse divise en trois grandes parties : 1.

Activation du glucose avec consommation dnergie (2 ATP) : glucose au glucose-6-phosphate. fructose-6-phosphate au fructose-1,6-biphosphate

Formation du glycraldhyde. 3. Synthse du pyruvate et formation de molcules riches en nergie (4 ATP et 2 NADH, H+) : Le bilan final thorique est donc de 6 ATP (en ralit de 5 ATP).2.32 10/03/2013

4) Voies annexes a) La voie des pentoses-phosphates

b) La voie du 2,3-diphosphoglycrate (2,3-

DPG)

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a) La voie des pentosesphosphates se ralise en parallle la glycolyse et permet la formation de pentose-phosphate

indispensable la biosynthse dacides nucliques (ADN et ARN) et la formation de NADPH, H+ pour les ractions de biosynthse

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b) La voie du 2,3diphosphoglycrate (2,3-DPG) Se ralise au niveau des rythrocytes voie de stockage du glucose (mais dans de

moindre mesure que le glycogne). Elle se met en place partir de la glycolyse ; on est face deux situations : excs de glucose, on observe une accumulation de

2,3-diphosphoglycrate, par transformation du 1,3diphosphoglycrate en 2,3-diphosphoglycrate, raction catalys par une mutase. besoins nergtique des rythrocytes le demande, on observe lactivation de la phosphatase responsable de la dgradation du 2,3-diphosphoglycrate en 3phosphoglycrate permettant la poursuite de la glycolyse.35 10/03/2013

Cycle du 2,3-biphosphoglycrate

III) Bilan nergtique du catabolisme glucidique1) En anarobie Bilan de la glycolyse : formation de 2 ATP et de 2 NADH, H+ (qui seront utiliss dans

la formation du lactate ; cf. suite du cours). Bilan du catabolisme du pyruvate : catabolisme impossible en anarobie !

Bilan du cycle de Krebs : en anarobie le cycle de Krebs ne fonctionne pas !

Bilan de la formation de lactate : les deux molcules de pyruvate formes par la glycolyse sont

dgrades en lactate, ncessitant chacune un NADH, H+ (ceux forms lors de la glycolyse).

Le bilan global de la dgradation dune molcule de

glucose en anarobie est donc de 2 ATP qui sont immdiatement mobilisable.37 10/03/2013

III) Bilan nergtique du catabolisme glucidique2) En arobie Bilan de la glycolyse : formation thorique de 6 ATP (5 ATP en ralit).

Bilan du catabolisme du pyruvate : formation de 3 ATP par molcule de pyruvate en thorie (2,5 en

ralit) et donc de 6 ATP en thorie (5 ATP en ralit) pour une molcule de glucose. Bilan du cycle de Krebs : en thorie 12 ATP par molcule dactylcoenzyme A (10 ATP en

ralit) et donc en thorie 24 ATP (20 ATP en ralit) pour une molcule de glucose. Le bilan global thorique de la dgradation dune molcule de

glucose en arobie est donc de 36 ATP (30 ATP en ralit) qui ne sont pas immdiatement mobilisable car la majorit des ATP forms proviennent de la phosphorylation oxydative. Il est important de prciser ici que certains ouvrages parlent dun bilan global thorique de 38 ATP ; cette diffrence est explicable par le type de navette utilise38 10/03/2013

c) Rgulation de la glycolyse Linsuline est lhormone de la phase

alimentaire Une augmentation importante de la glycmie suit un

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repas. Une diminution de la glycmie est la consquence de la mise en stock du glucose au niveau du foie sous forme de glycogne, on parle de glycognogense. Lhyperglycmie sera redevenue normale au bout de 3 heures aprs la fin du repas. Linsuline est une hormone hypoglycmiante. Elle permet lutilisation du glucose par les cellules. 10/03/2013

c) Rgulation de la glycolyse Le glucagon est lhormone du jene, elle

permet laugmentation de la glycmie. Hormone hyperglycmiante, active la noglucogense. Au niveau du foie Les catcholamines (adrnaline) agiront principalement au niveau des muscles.

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c) Rgulation de la glycolyse il y a : Inhibition de la glycolyse lorsque lorganisme est

en excs dnergie et donc par lexcs dATP, le glucagon, ladrnaline et lacidose en sont responsables. Activation de la glycolyse lorsque lorganisme est en dficit dnergie et donc par lexcs dADP et dAMP, linsuline et lalcalose .

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VOIES MTABOLIQUES DU GLUCOSEGlycogneglycogenognses glycogenolyse Glucose-1-phosphate Ribose-5-phosphate et NADPH

Glucose gluconeognseglycolyse

Glucose-6-phosphategluconeogense

Voie du Pentose Phosphate

glycolyse

PyruvateLactate Acetyl CoA

2) Glycognolysea) Tissus impliqus La glycognolyse est la raction inverse de la glycognogense Elle se ralise principalement dans le foie et dans les muscles, mais des fins diffrentes : Le foie joue un rle dans le maintien de

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lhomostasie,. Les muscles stockent le glucose pour une utilisation ultrieure. En effet ils ne peuvent en aucun cas reverser du glucose dans le sang pour dautres organes, ne possdant pas la glucose-6-phosphatase permettant le retour au glucose et les transporteurs membranaires tant spcifiques du glucose ne permettent pas le 10/03/2013 passage de glucose-6-phosphate. De cette manire tout

2) Glycognolyseb) Etapes de la glycognolyse La glycognolyse se ralise en trois tapes principales : Tout dabord le glycogne est lest dune unit par la

glycogne-phosphorylase, entrainant la formation de glucose-1-phosphate. Cette tape se fera dans le cytosol. Le glucose-1-phosphate est ensuite isomris en glucose-6-phosphate, raction catalys par la phosphoglucomutase. Cette tape se fera galement dans le cytosol. Et finalement le glucose-6-phosphate est transform en glucose par la glucose-6-phosphatase, et ceci au niveau du rticulum endoplasmique des cellules hpatiques (foie), les seules possder cette enzyme. La glycognolyse permet donc la formation de44

glucose sans consommation dATP.

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V) Anabolisme glucidique : noglucogense (ou gluconogense La production de glucide partir de prcurseurs

non glucidiques. Elle est ralise au niveau du cytosol, majoritairement au niveau du foie mais galement au niveau du rein (principalement partir dacides amins).

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noglucogense (ou gluconogense) La noglucogense est active lors dune priode

de jene prolong, lorsque les nutriments apports par la nutrition ainsi que les stocks de glycogne ne permettent plus de satisfaire les besoins nergtiques de lorganisme. On observe dans cette situation un manque dATP ainsi que excs dAMP

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1) Les prcurseurs Les prcurseurs non glucidiques sont de diffrents

types : le lactate form au niveau des muscles et transform en

pyruvate par laction de la lactate-dshydrognase. les acides-amins glucoformateurs provenant de lalimentation et de la dgradation des protines des muscles squelettique. Parmi eux on compte lalanine (pour 40 60%), la srine, la cystine, la thronine, la glycine, la tyrosine, la phnylalanine et lisoleucine. les corps ctoniques. le glycrol provenant de la dgradation des triglycrides au niveau des cellules adipeuses. Ces prcurseurs sont tout dabord convertis en des47

intermdiaires de la glycolyse : le pyruvate pour le lactate, les acides amins et les corps ctonique ; le 10/03/2013 dihydroactone pour le glycrol.

VI) interrelation mtabolique1) Au niveau de la glycolyse On observe des relations avec les stocks glucidiques de la cellule : la dgradation du glycogne entrane la formation de glucose-6phosphate. On observe des relations avec la voie des pentoses-phosphate : Le glucose et le glucose-6-phosphate rentre dans la voie des pentoses-phosphate. Le fructose-6-phosphate et le glycraldhyde-3phosphate sont synthtiss par la voie des pentosesphosphates. On observe des relations avec le mtabolisme des lipides : le glycrol form suite la dgradation des triglycrides peut former du glycraldhyde-3phosphate (et inversement). 10/03/2013

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VI) interrelation mtabolique2) Au niveau du cycle de Krebs On observe des relations avec le mtabolisme des lipides : la dgradation des acides gras entrane la formation dactylcoenzyme A. Il est important de noter ici quau niveau du cycle de Krebs le citrate se transforme dfavorablement en isocitrate ; de cette manire on sera face deux situations : un manque dATP poussera le cycle de Krebs se poursuivre, un excs dATP poussera le citrate sortir de la mitochondrie permettant la reformation dactylcoenzyme A qui entrera dans la formation des acides gras. Le citrate aura galement un rle 10/03/2013 dinhibition de la 6-phosphofructokinase et donc de la

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VI) interrelation mtabolique On observe des relations avec le mtabolisme des

protines : la dgradation des protines peut entraner la formation

de pyruvate, dactylcoenzyme A, d-ctoglutarate, de fumarate et doxaloactate. Inversement le pyruvate peut galement tre lorigine de la formation dacides amins. Certains acides amins joueront ainsi un rle

important dans la noglucogense, on parle dacide amins glucoformateurs. Remarque : Le pyruvate peut tre galement reform partir dalcools et de lactate.50 10/03/2013

3) Galactose et fructose On remarque que le galactose et le fructose ne sont

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pas stocks dans lorganisme et rejoignent le mtabolisme du glucide au niveau de la voie de rserve ou au niveau de la glycolyse suivant les tissus. On note galement que le galactose et le fructose ne sont pas soumis une rgulation hormonale. Le galactose peut rentrer dans la voie de rserve du glucose, Le fructose possde un catabolisme beaucoup plus rapide que le glucose, surtout grce la fructokinase qui a une activit beaucoup plus importante que la glucokinase. 10/03/2013

V/ Anomalies du mtabolisme des glucides Diabte sucr Type I Type II

Hypoglycmie

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