Pr Jean Luc OLIVIER 2013-2014 Rôle énergétique des glucides: glycolyse et néoglucogenèse

Pr Jean Luc OLIVIER2013-2014

Rôle énergétique des glucides:glycolyse et néoglucogenèse

Fonction énergétique des glucidesPlan du cours

1- Rôle des glucides dans le métabolisme énergétique:Glucides et nutrition humaine

2- La glycolyse

Vue d’ensemble du métabolisme énergétique, importance de la glycolyse

Première partie de la glycolyse: conversion du glucose en deux trioses

Deuxième partie de la glycolyse: phase de Payoff, synthèse d’ATP

Glycolyse : bilan énergétique et régulations enzymatique

Les navettes mitochondries-cytosol

Glycolyse et besoins en oxygène

Glycolyse et diversité des oses

3- Néoglucogenèse: définition, rôle, différence avec la glycolyse

90 à 95 % desdiabètes sontdu type II:Dysrégulationde l’entrée intracellulaire du glucose et de soncatabolisme

Fonction énergétique des glucides

Rôle des glucides dans le métabolisme énergétique

Prévalence diabètes en 2007

Compréhension du diabète: il est nécessaire de comprendre les régulations du métabolisme des

glucides et lipides pour comprendre et prévenir/traiter le diabète



Un des objectifs nutritionnels prioritaires du PNNS est d’augmenter la

consommation de glucides afin qu’ils contribuent à plus de 50% des

apports énergétiques journaliers:- en favorisant la consommation des aliments sources d’amidon- en réduisant de 25 % la consommation actuelle de sucres simples- en augmentant de 50 % la consommation de fibres.

Livraisons de glucose et d’isoglucoseà destination des industries agroalimentaires françaises

Mise à disposition en tonnes (source : USIPA)

1994 343 0001995 337 0001996 333 0001997 327 0001998 391 0001999 402 0002000 421 0002001 421 0002002 422 000

Glucides et apports énergétiques totaux:- 40 à 43 % chez les femmes- 38 à 43 % chez les hommes,



Aliments ayant un faible IG (moins de 55)Pâtes et nouillesLentillesPommes et jus de pommesPoiresOranges et jus d’orangesRaisinsYaourt maigreHaricots blancsChocolat

L’impact des différents aliments riches en glucides sur la réponse glycémique est comparépar rapport à un aliment standard, tel que le pain blanc ou le glucose.Cette mesure s’appelle l’Index Glycémique (IG).

Index glycémique de certains aliments courants (avec le glucose comme standard)

Aliments ayant un IG moyen (55-70)Riz basmatiBananeGruau d’avoine« Soft-drinks »Maïs douxAnanas

Aliments ayant un IG élevé (> 70)Pain (blanc ou complet)Pomme de terre cuiteCornflakesFritesPommes de terre en puréeRiz blanc



Étapes dans la digestion des glucides

Les glucides sont exclusivement absorbés sous la forme de monosaccharides

Polysaccharides (ex: amidon)

disaccharides, trisaccharides, oligosaccharides

Monosaccharides

Maltase (malt. 2 gluc.) Lactase (lac. gluc + gal) Sucrase (sucr. gluc + fruc) Isomaltase (a-limit dextrinase)

Enzymes intestinales de la bordure en brosse

Amylase salivaire Amylase pancréatique

enzymes

sécrétéesLumière du Tube digestif



Digestion de l’amidon par l’amylase pancréatique

Hydrolyse des liaisons alpha 1-4, digère l’amidon en oligosaccharides

• Les oligosaccharides sont hydrolysés par les enzymes de la bordure en brosse.

Oligo-saccharides

Triose

Maltose

Amidon

Glucose



Enzymes digestivede la bordure en brosse

– Disaccharidases Quatre groupes de disaccharidases

Sucrase-isomaltaseMaltase-

glucoamylaseLactase Tréhalase

– Dipeptidases, Aminopeptidases– Monoglyceride lipase– Nucleotidases, nucleosidases– Alkaline phosphatase

Oligo-, Tri-, Disaccharides Monosaccharides



Absorption des monosaccharides

• Deux familles de transporteurs– SGLT: absorption active secondaire (nécessite de l’ATP)– GLUT: diffusion facilitée (ne nécessite pas d’ATP )

La famille GLUTcomporte

plusieurs membres



L’ATP: le carburant de la cellule

-O - P - O - P - O- P - O - CH2 N

N

N

NNH2

OH OH

O O O

O-O-O-

1'

2'3'

4'

5'

ATPO

Phosphate

Sucre(Ribose)

Base(Adénine)

Trois liaisonsriches en énergie

ADP

AMP

+ Pi

Pi+

Adénosine-ribose Pi+

-30,5 kJ/mol(-7,3 kcal/mol)





Schéma général de synthèse cellulaire de l’énergie dans l’organisme

Mito-chondrie

Cytosol

glucose

glucose

Glycogène(n+1)

Glycogène(n)

glycolyse

pyruvate

pyruvate

Cyclede Krebs

AcétylCoA

NADH+H+

NADH+H+

DiglycéridesMonoglycérides

Glycérol

Triglycérides

Acidesgras

Triglycérides

Acides gras

b-oxydation

ATP

synthaseChaîne respiratoireFADH2 NADH+H+

ATP

Pyruvate

Fonction énergétique des glucidesVue d’ensemble du métabolisme énergétique, importance de la glycolyse

La glycolyse est la voie métabolique qui, à partird’une molécule de glucose (6 carbones)- produit 2 molécules de pyruvate (3 carbones)- produit du NADH+H+ dans le cytosol- consomme et produit de l’ATP

Elle se déroule dans le cytosol !!!

C’est une deux grandes voies de production del’énergie cellulaire: à partir des glucides

L’autre voie: β-oxydation à partir des acides gras


Vue d’ensemble du métabolisme énergétique,importance de la glycolyse

CH2 – O – PO3

C

H

OH

C

C

C

C

OH

H OH

OH

1

23

4

56

2-

OHH

H

CH2OH

C

H

OH

C

C

C

C

OH

H OH

OH

1

23

4

56

OHH

H

Glucose Glucose-6phosphate

Fructose-6-phosphate

CH2OH

-O- CH2OH

C

C

C

C

O

OH H

H

2

34

51

6

H OH

P

ATP ADP

Hexokinase

-33,4 kJ/mole

Phosphohexoseisomérase

-2,5 kJ/mole

réversible

irréversible

Attention:DG=DG0’+RTln([A][B]/[C][D])dans l’érythrocyte

Les deux premières étapes :phosphorylation et conversion du glucose en fructose


Glycolyse : 1ère partie, conversion du glucose en trioses

Fructose-1,6-bisphosphate

CH2-O-

-O- CH2OH

C

C

C

C

O

OH H

H

2

34

51

6

H OH

P

P

ATP

ADP

Phospho-fructo

kinase-1(PFK-1)

-22,2kJ/mole

irréversible


CH2OH

-O- CH2OH

C

C

C

C

O

OH H

H

2

34

51

6

H OH

P

C OHH

CH2-O-

C

H O

P

C O

CH2-O-

CH2OH

P

+7,5 kJ/mol-1,25 kJ/mole

(DG0’=23,8 kJ/mole)

aldolaseTriosephosphateisomérase

Dihydroxy-acétone-

phosphate

glycéraldéhyde-3-phosphate

Séparation en deux triosesIsomérisation en équilibre



Phosphofructokinase-1:- Régulation allostérique- Il existe une autre forme PFK-2 (synthèse du F2,6 biP)- Elle catalyse une étape clé de la glycolyse- C’est une étape irréversible- C’est donc un niveau de régulation ++++



Bilan

-Conversion d’un hexose en 2 trioses

- Consommation de deux liaisons riches en énergie (2 ATP -> ADP)

- Réactions irréversibles = points de régulation =

réactions catalysées par l’hexokinase et la PFK-1

- Les réactions consomme le glycéraldéhyde-3P et « tire » vers sa formation à partir du fructose 1,6 bisP



NAD+S

C OHH

CH2-O-

C

P

OHHP

H+

NADH S

C OHH

CH2-O-

C OH+

NAD+SH

-1,7 KJ/mole


C OHH

CH2-O-

C

-O O

P

P

1,3-bisphos-phoglycérate

C OHH

CH2-O-

C

H O

P

Glycéraldéhyde-3-phosphatedéhydrogénase

NAD+S

C OHH

CH2-O-

C O

NAD+P

NADH+H+

Chaînerespiratoire

O-O -P-OH

O-

Phosphateinorganique


Glycolyse : 2ème partie (phase de Payoff)

C OHH

CH2-O-

C

-O O

P

P


C OHH

CH2-O-

C

-O O

P3-phospho-glycérate

ATPADP

Phosphoglycératekinase

-1,25 kJ/moleC OH

CH2OH

C

-O O

P

2-phospho-glycérate

Phosphoglycératemutase

0,8 kJ/mole

réversible

H2O

C O

CH2

C

-O O

P

Phosphoénol-pyruvate

énolase

-3,3 kJ/mole

réversible

pyruvate

C O

CH3

C

-O O ADPATP

Pyruvatekinase

-16,7 kJ/mole

Irréver-sible

C O

CH3

C

-O O

Membranemitrochondriale

pyruvate

H3C-COO-

+CO2

Acétyl-CoA

Pyruvatedéshydro-

génase

-33,4 kJ/moleirréversible



Glucides

Glycolyse

Acides gras

b-oxydation

ATP(énergie)

Acétyl CoA

cycle de Krebs

L'acétyl CoA est un carrefour métabolique

Chaîne respiratoireCholestérol Acides Gras

SynthèseSynthèse



Glucose

Glucose-6-phosphate



-1 ATP

-1 ATP

Hexokinase: régulation

Phosphofructokinase-1: régulation


1,3-bisphosphoglycérate

3-phosphoglycérate

2-phosphoglycérate

Phosphoénolpyruvate

pyruvate

+1 ATP

+1 ATP

+1 NADH+H+Chaîne

respiratoire+3 ATP

Pyruvate kinase-1:régulation

Bilan énergétique:

2x(3+1+1)-2 ATP= 8 mole ATP/mole glucose

en aérobie(normoxie)

Dihydroxy-acétone-phosphate

x2


Glycolyse : bilan énergétique et régulations enzymatique

Cyclede Krebs

FADH2NADH+H+

NADH+H+

Mitochondrie

Triglycérides

DiglycéridesMonoglycérides

Glycérol

Acidesgras

Acidesgras

AcétylCoA b-oxydation

ATP

synthase

Cytosol

Chaîne respiratoire

ATP

Le NADH+H+ produit dans la glycolyse doit être réoxydéen NAD+ par la chaîne respiratoire

glycolyse

pyruvate

Glycéraldéhyde 3P


glucose

pyruvate

NADH+H+

NAD+

NAD+

NADH+H+

NAD+

Navette


Les navettes mitochondries-cytosol

Glutamate +NH3

-OOC-CH2-CH2-CH

COO-

__

-OOC - CH2 - CH -COO-

+NH3

_Aspartate

Aspartate aminotransférase(transaminase)

O

-OOC-CH2-CH2-C-COO-

=

a-cétoglutarate

Malate

-OOC - CH2 - CH -COO-

OH

_

Aspartate

Glutamate a-cétoglutarate

Aspartate amino-trans-férase (transaminase) Oxaloacétate Glyco-

lyse

Malate

NADH+H+

Malate déshy-drogénase

NAD+

Oxaloacétate-OOC - CH2 - C -COO-

O

=

Malatedéshydrogénase

NADH+ H+

NAD+



Les navettes mitochondries-cytosol:NADH+H+/ NAD+ mitochondriaux et cytosoliques sont échangés


NADH+H+ FADH2

NAD+ FAD

ATP

Hypoxie(anaéorobie)

La chaîne respi-ratoire s’arrête

Le NADH+H+ mitochondrialn’est plus recyclé en NAD+

Le stock de NAD+ mito-chondrial est épuisé

Le cycle deKrebs s’arrête

Que se passe-t’il pour la glycolyse ?

ProductionATP ?



+1 NADH+H+ ?



C O

CH3

C

-O O

CH3

C

-O O

CO2

pyruvate

NADH+H+

NAD+

acétaldéhyde

CH3

CH2OH

éthanol

Pyruvatedécarboxylase

Alcooldéshydrogénase

Fermentation alcoolique(levures)

C O

CH3

C

-O O

pyruvate

Glycolyse

Tissuspériphériques(muscles)

NADH+H+

NAD+

Glycolyse

Glycolyse

Lactatedéshydro-génase

-25,1 kJ/mole

-O O

C OH

CH3

C

Hlactate Acidose

Foiereconversion en glucose



Glucose

Glucose-6-phosphate



Dihydroxy-acétone-

phosphate



3-phosphoglycérate

2-phosphoglycérate

Phosphoénolpyruvate

pyruvate

-1 ATP

x2

-1 ATP

+1 ATP

+1 ATP

NADH+H+ +3 ATP

Bilan énergétique:

2x(1+1)-2 ATP= 2 mole ATP/mole glucose

en anaérobie (hypoxie)

38 mole ATP en aérobie(glycolyse+cycle de Krebs

+chaîne respiratoire

Fermentationlactique

NAD+



Les différents oses rentrent dans la glycolyse

Maltose Maltase

lactaseLactose Galactose

UDP-galactose

UDP-glucose

Phospho-rylase

Saccharose


Fructose

-1 ATP

-1 ATP

saccharase

hexokinasefructokinase

GlycogèneAmidon

-1 ATP

-1 ATP Glucose-6-phosphate



Glycéraldéhyde3-phosphate

Dihydroxy-acétone phosphate

Glucose

Glucose-1-phosphate

hexokinase

pyruvate

Mannose

Mannose-6-phosphate

hexokinase

Maladies génétiques:Exemple = lactase



Ose simple fréquent dans l’alimentationExemple du miel: compositionIl est composé de :Des glucides (sucres) en grande quantité : 78 à 80 %,

représentés essentiellement par du fructose (ou lévulose) : 38 %, glucose (ou dextrose) : 31 %, ainsi que du maltose, du saccharose (ou sucrose) et divers autres olysaccharides (mélibiose, turanose, mélézitose…)[14].

De l'eau : Variable selon la maturité du miel lors de sa récolte, max. 18 %

Glycolyse et fructose: conséquence en nutrition

Le fructose a un pouvoir sucrant supérieur au saccharose de 20 à 40% selon les conditions

Bilan de la glycolyse: l’utilisation de fructose coûte un ATP de moins que le glucose

Mais plusieurs autres effets sur le métabolisme !



http://fr.wikipedia.org/wiki/Glucides

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sucre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fructose

http://fr.wikipedia.org/wiki/Glucose

http://fr.wikipedia.org/wiki/Maltose

http://fr.wikipedia.org/wiki/Saccharose

http://fr.wikipedia.org/wiki/Polysaccharide

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9libiose

http://fr.wikipedia.org/wiki/Turanose

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9l%C3%A9zitose

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau

La néoglucogenèse n’est pas l’inverse de la glycolyse

-Glucides (glucose)

-Acides gras

Corps cétoniques

Les différents« carburants »(source d’ATP)

biologiques

Cerveau

Tissus périphériques(muscles)

Il est nécessaire de maintenir la glycémie de fournir du glucose au cerveau

Synthèse de glucose nécessaire lors d’un jeune prolongé

Fonction énergétique des glucidesNéoglucogenèse: définition, rôle, différence avec la glycolyse

3 réactions irréversibles dans la glycolyse: 3 déviations dans la néoglucogenèse

-16,7-31,4Pyruvate kinasePhosphoénolpyruvate+ADP Pyruvate+ATP

-22,2-14,2Phosphofruc-tokinase-1

Fructose-6P + ATP Fructose-1,6bisP + ADP

-33,4-16,7HexokinaseGlucose + ATP Glucose-6P + ADP

DG kJ/mole (érythrocyteconditions

physiologiques)

DG0’ kJ/moleEnzyme

Réactions

Pyruvate Oxaloacétate

O

3HC - C - COO-

=

-OOC - CH2 - C -COO-

O

=

Pyruvate Carboxylase

+ CO2- C -COO-

CH2

=

P

ATP ADP +Pi GTP GDP +CO2PEP

PEP Carboxykinase

1

Fructose-1,6-bisP + H2O Fructose-6P + PiFructose-1,6-bisP phosphatase

2

Glucose-6P + H2O Glucose + PiGlucose-6P phosphatase

3


Régulations de la néoglucogenèse et de la glycolyse

Acétyl-CoA

Cycle de Krebs

Pyruvate

Glycolyse

Oxalo-acétate

Pyruvate Carboxylase

Pyruvatedéshydrogénase

CO2

- +

Néoglucogenèse

Fructose-6P+ ATP

Fructose-1,6-bisP+ ADP

Phospho-fructokinase-1

Régulations hormonales

Coût énergétique de la néoglucogenèse:2ATP + 2GTP + 2ATP + 2(NADH+H+)


Fonction énergétique des glucidesConclusion

Les glucides sont un des deux groupes d’aliments pourvoyeur d’énergiepour notre organisme

Facilement mobilisable, réponse aux besoins à court terme

Complémentarité avec les lipides

Diversité des oses, rôle fondamental du glucose

La glycolyse est une voie métabolique cytosolique, articulationavec les voies mitochondriales

La néoglucogenèse permet de maintenir uneglycémie constante (apports au cerveau)

La néoglucogenèse coûte en énergie et est une voie de « secours »

Auto-test sur les dérivés de l’acide arachidoniqueet du cholestérol

Pour télécharger le QCM, cliquer sur l’onglet

Documents

Pr Jean Luc OLIVIER 2013-2014 Rôle énergétique des glucides: glycolyse et néoglucogenèse