Glycolyse Cours 2 ème année médecine 2015-2016 Biochimie métabolique Dr. Feraga

Plan 1- Définition 2- Les réactions de la glycolyse 3- Bilan énergétique de la glycolyse 4- Régulation de la glycolyse 5- Utilisation d’autres sucres dans la glycolyse 6-Principales anomalies de la glycolyse 7-Conclusion

LA GLYCOLYSE QU’EST-CE?

1-DEFINITION Glycolyse dérive du grecque glik (sucre) et lyssis (dissolution) Glucose Dègradation Dègradation du Glucose = catabolisme Glycolyse = Voie Embden-mayerhof 1940: Embden, Mayerhof et Parnas proposent la séquence des réactions de la glycolyse Glyco Lyse

1-LA GLYCOLYSE QU’EST-CE? ∑ 10 réactions catalysées par 10 enzymes. Dègradation d’une molécule de Glucose (6 carbones) en 2 molécules de Pyruvate(3 carbones) E1 E2 E10 (6 C) 1 2 3 10 (3 C) Glucose Pyruvate

Origines du glucose? alimentaire(glucides exogènes) : digestion de polysaccharides (amidon+++,glycogène)et de disaccharides(saccharose , lactose) -monosaccharides: fructose + galactose 2. Origine métabolique(glucidesendogènes): catabolisme du glycogène hépatique et musculaire, précurseurs non glucidiques (néoglucogenèse hépatique)

LA GLYCOLYSE OU? Et QUAND

LE LIEU DE LA GLYCOLYSE Cellule :toutes les cellules procaryotes et eucaryotes Compartiment : fraction soluble du cytoplasme ou cytosol = 10 enzymes cytosolique Degré : ≠ GR/cerveau:++++++ Glu dépendant Muscle ,myocarde: ++ activité musculaire Foie et T. adipeux: utilisent ------ Glu

LA GLYCOLYSE POURQUOI ?

Principal Objectif de la GLYCOLYSE ENERGIE

L’intérêt des la glycolyse le principal but est de fournir aux cellules d’énergie ATP Adénosine triphosphate NADH,H⁺ Nicotinamide adénine dinucléotide

LA GLYCOLYSE Voie du catabolisme oxydatif (NAD→NADH,H+) , cytoplasmique, anaérobique (+/-O2)avec production de: 2 molécules de pyruvate (C3) Molécules riches en énergie (NADH,H+, et ATP)

2- Les réactions de la glycolyse

Glycolyse 10 réactions catalysées par 10 enzymes 2 phases: Activation des réactifs: utilisation d’énergie (réaction 1 à 5) Oxydation et production d’enérgie (réaction 6 à 10)

Phase1:Phase de préparation Activation des réactifs: utilisation d’énergie Réaction 1 à 5

? C3 C3

Réaction 1:phosphorylation sur C6 Glu →G6P Glucokinase: Réaction : spontanée , irreversible, réaction clé Consomation 1 ATP Enzyme: Hexokinase et Glucokinase Hexokinase: ubiquiste, non spécifique du glucose, forte affinité (faible Km), toujours active, soumise à régulation Glucokinase: hépatique et pancréatique, spécifique du glucose, faible affinité, n’est active qu’en période post-prandiale

Réaction 2: Interconversion ou isomérisation d’un aldose G6P en cétose F6P -ENZ: glucose 6-P- isomérase PHI phosphohexose isomérase Glucose-6-phosphate Fructose-6-phosphate Réaction réversible Aldose Cétose

Réaction 3: :phosphorylation sur C1 F6P→F1,6biP Réaction: spontanée, irreversible Consomation 1 ATP ENZ:La Phosphofructokinase (PFK1): - enzyme clé de la glycolyse - Etape la plus lente de la glycolyse, réaction limitante - Etape majeure de régulation de la glycolyse Réaction

Fructose-1,6-bisphosphate 2 trioses phosphate Réaction 4: -Clivage ou scission du F1,6biP en 2 trioses C3 -ENZ:Aldolase Fructose-1,6-bisphosphate 2 trioses phosphate (isomères) Cétose 3 4 +++ Aldose

Dihydroxyacétone-phosphate Glycéraldéhyde-3-phosphate Réaction 5: Isomérisation d’un cétose DHAP en aldose GAP Triose Phosphate Isomérase (TPI) Dihydroxyacétone-phosphate Glycéraldéhyde-3-phosphate

Ou Glucokinase 2ème PHASE

phase 2: Phase de restitution Oxydation et production d’enérgie Réaction 6 à 10

? 2× Glycéraldéhyde-3-phosphate GAP ?

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Glycolyse Cours 2ème année médecine 2015-2016 Biochimie métabolique Dr. E Feraga

Plan 1- Définition 2- Les réactions de la glycolyse 3- Bilan énergétique de la glycolyse 4-Devenir du pyruvate et NADH,H⁺ 5- Régulation de la glycolyse 6- Utilisation d’autres sucres dans la glycolyse 7-Principales anomalies de la glycolyse 8-Conclusion

Récapitulatif de la première phase

Glyceraldehyde -3-phoaphate Glucokinase 1 PFK11 2× Glyceraldehyde -3-phoaphate

2- Les réactions de la glycolyse Phase de restitution : Oxydation et production d’énergie (NADH,H⁺ +ATP) 2× Glyceraldehyde -3-phoaphate ? ATP

Réaction 6: Glycéraldéhyde-3-phosphate 1,3-bisphosphoglycérate Réaction d’oxydation couplée a un transfert de Pi=phosphorylation oxydative Formation : une molecule de NADH,H⁺ Enzyme: Glycéraldéhyde 3- phosphate déshydrogénase

Réaction 7: 1,3-Bisphosphoglycérate 3-Phosphoglycérate Réaction de phosphorylation liée au substrat: Produit une molécule d’ATP Enzyme: Phosphoglycérate kinase (PGK)

Réaction 8: 3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate 2PG 3PG Réaction d’Isomerisation : du 3-phosphoglycerate en 2phosphoglycerate Réaction : reversible Enzyme : Phosphoglycérate mutase

Réaction 9 2-phosphoglycerate 2PG phosphoenolpyruvate PEP Réaction de déshydratation Enzyme: Enolase Réaction réversible

Réaction 10: Pyruvate Kinase Phosphoenolpyruvate PEP Pyruvate Le phosphate est transféré à l’ADP avec formation d’ATP Enzyme: Pyruvate Kinase Réaction exergonique irréversible :Enzyme clé de la glycolyse

Récapitulatif de la deuxième phase 2 NADH+H⁺ 2 XX 4 ATP

3- Bilan énergétique de la glycolyse 1 3 +2 NADH+2H⁺ 10

Glycolyse Enzyme/Réaction DGo' kJ/mol-1 DG kJ/mol-1 Hexokinase -16.7 -33.5 Phosphoglucose Isomerase +1.7 -2.5 Phosphofructokinase 1 -14.2 -22.2 Aldolase +23.8 -1.2 Triosephosphate Isomerase +7.5 +2.5 Glyceraldehyde-3-P Deshydrogenase Phosphoglycerate Kinase +6.3 -18.8 -1.7 +1.2 Phosphoglycerate Mutase +4.6 +0.8 Enolase -3.3 Pyruvate Kinase -31.4

1 glucose + 2 ATP + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 pyruvate + 2 NADH, H+ + 2 H2O + 4 ATP 10 enzymes

2 pyruvate + 2 NADH, H+ + 2 H2O + 2ATP Quel est La destinée de NADH H⁺ et Pyruvate?? Aerobie ou anaerobie

4-Devenir du pyruvate et NADH,H⁺ variable en fonction conditions Aérobiques ou anaérobiques de la cellule aérobie Anaérobie O2 O2 Oxydation mitochondriale Fermentation Alcoolique Lactique

4-Devenir du pyruvate et NADH,H⁺ Anaérobiose : Fermentation lactique oxygène O2 Anaérobiose Lactate déshydrogénase LDH bilan de la Glycolyse Anaérobiose (-O2) => 2 ATP

4-Devenir du pyruvate et NADH Anaérobiose : Fermentation lactique Les mammifères Les bactéries (lactobacilus)

4-Devenir du pyruvate et NADH,H⁺ Anaérobiose : Fermentation alcoolique oxygène O2 Anaérobiose Pyruvate décarboxylase Alcool déshydrogénase bilan de la Glycolyse Anaérobiose (-O2) => 2 ATP

4-Devenir du pyruvate et NADH,H⁺ Anaérobiose :Fermentation alcoolique

4-Devenir du pyruvate et NADH,H⁺ Aérobiose :oxydation mitochondriale 10NADH2=10×3ATP 2FADH2=2×2ATP Phosphorylation oxydative O2 Co2+H2O 38ATP Au total : 38 ATP La respiration est beaucoup plus efficace dans la production d’ATP.

ATP

5- Régulation de la glycolyse Régulation Hormonale Régulation Enzymatique

5- Régulation de la glycolyse A-Régulation Enzymatique

5- Régulation de la glycolyse A-Régulation Enzymatique Les enzymes catalysant des réactions très exergoniques:=> Enzyme clé de la regulation de la glycolyse Hexokinase Phosphofructokinase-1 (PFK1) Pyruvate kinase

A-1- Régulation de l’Hexokinase: contrôle allostérique ADP ATP Hexoses (glucose, fructose, galactose) Glucose (liver; pancreas) Glucokinase Feedback inhibition par glucose-6-P Pas de régulation allostérique Glucose-6-P Hexose-6-P (G6P) glucose-6-phosphate: inhibiteur allostérique de l’hexokinase

A-2-Régulation de la PFK1 contrôle allostérique

PFK1: Étape limitante glycolyse+++ - Inhibiteurs allostériques: ATP, citrate - Activateur allostérique: AMP, Fructose 2,6 biphosphate (F2,6BP) Provient du fructose 6 P Enzyme bifonctionnelle PFK2: Une partie PFK2 (phosphofructokinase 2) Une partie F2,6BPase2 (fructose 2,6 biphosphatase)

Enzyme bifonctionnelle dephosphorylée par proteine phosphatase: PFK-2 - active FBPase-2 - inactive Enzyme bifonctionnelle – phosphorylée (par proteine kinase A): FBPase-2 - active PFK-2 - inactive

A-3- Régulation de la Pyruvate kinase contrôles: allostérique et covalent Delta G = -27,2 kJ/mol

Régulation allostérique de la pyruvate kinase: Activateur allostérique: F-1,6-BP (témoin de l’activité de la glycolyse) Inhibiteurs allostériques : acétyl- CoA, ATP, Alanine ( uniquement au niveau du foie) et citrate

5- Régulation de la glycolyse B-Régulation hormonale Glucagon: → inhibition enzymes clés de la glycolyse Hexokinase Phosphofructokinase-1 (PFK1) Pyruvate kinase Insuline: effet inverse glucagon, → activation des enzymes clés de glycolyse - - - - - +++++++

Régulation hormonale par modification covalente :phosphorylation /déphosphorylation PFK2 PK

Régulation hormonale par modification covalente :phosphorylation /déphosphorylation PFK2 Forme dephosphorylée, à activité PFK2 (active) Forme phosphorylée, à activité F2,6BPase (active)

En période post prandial L’insuline: active la proteine phophatase, déphosphorylation de la PFK2 (active ) Production de F2,6BP Activation de la glycolyse et le glucagon : formation de l’AMPc, active la PKA, phosphorylation de la PFK2: inacive ↓F2,6BP : inhibition de la glycolyse

Régulation hormonale par modification covalente :phosphorylation /déphosphorylation PK

ATP ADP proteine kinase A + Glucagon OH Pyruvate Kinase (active) + ATP Phosphoenolpyruvate + ADP OPO32- Pyruvate kinase (inactive) Pi proteine phosphatase + Insulin Régulation hormonale par modification covalente phosphorylatio /déphosphorylation de la pyruvate kinase.

Régulation covalente hormonale de la pyruvate kinase: Forme déphosphorylée active Dephosphorylation par l’insuline par l’intremédiaire d’une phosphatase Forme phosphorylée inactive Phosphorylation par le Glucagon par l’intermédiaire de l’ AMPc et protéine kinase A (PKA)

Glucagon : H hypeglycémiante action médiée/ ADc ATP →AMPc R DE phosphorylations en cascade phosphorylation :PFK2,PK → Inhibition Insuline: H hypoglycémiante ↑la captation ₵ du Glu (GLUT4:T.adipeux +M) Déphosphorylation :PFK2,PK→ activation Adrénaline H hypeglycémiante action médiée/ ADc ATP → AMPc phosphorylation PFK2→↑F2-6bF→+PFK1 F6P F16bF Acceleration de la glycolyse en période d’activité musculaire PFK1

Hiérarchisation des principaux moyens de régulation métabolique Régulation allostérique: immédiate et brève (ms ou min) effecteurs formés dans la cellule influencent activité enzymatique sans modifier le site actif de l’enzyme Régulation covalente, Phosphorylation- déphosphorylation: moins immédiate et moins brève (s ou min) enclenchement ou extinction de l’activité enzymatique sous l’influence d’hormones, avec amplification de la réponse au signal

6-Utilisation d’autres sucres dans glycolyse Cours métabolisme du galactose et fructose kinase isomérasee

7- Principales anomalies de la glycolyse Déficit enzymatique héréditaire : déficit en pyruvate kinase érythrocytaire Déficit en transporteurs GLUT2

Déficit enzymatique héréditaire: déficit en pyruvate kinase érythrocytaire Dans les hématies l’ATP est utilisée pour assurer le fonctionnement de la pompe sodium (Na)-potassium (K) afin de maintenir le taux de K intracellulaire Déficit en pyruvate kinase : dédicit en ATP, la pompe NA-K est non fonctionnelle: hémolyse, ictère, anémie.

Déficit en transporteurs Déficit en GLUT2 syndrome de Fanconi-Bickel (SFB) Accumulation de glycogène dans le foie et les reins Hépatosplénomégalie Insuffisance rénale tubulaire sévère

La glycolyse Ce qu’il faut retenir

8-Conclusion Glycolyse: voie catabolique oxydatif cytoplasmique ∑ 10 réactions catalysées par 10 enzymes 1 glucose → 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH,H+ Devenir des produits de la glycolyse: variable en fonction conditions aérobiques ou anaérobiques de la cellule

8-Conclusion Régulation de la glycolyse: +++ Intérêt de la glycolyse : fournir aux cellules de l'énergie • ATP • NAD réduit Régulation de la glycolyse: +++ Enzymes clés: HK,PFK1,PK Hormones:

Merci de votre attention