Chapitre 17: La glycolyse La voie glycolytique Réactions de la glycolyse La fermentation Régulation métabolique Métabolisme d’hexoses autre que le glucose

La glycolyse: réaction globale Glucose arrive dans le sang suite à l’hydrolyse de di- et poly-saccharides (saccharose, amidon), Ou après sa synthèse (dans la gluconéogenèse). Glucose entre dans la cellule à l’aide d’un transporteur Addition de groupements phosphoryle au glucose Conversion des intermédiaires phosphorylés en composées de haute énergie. Hydrolyse de ces composées avec synthèse d’ATP et formation de pyruvate. Réaction globale: Glucose + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi --> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

La glycolyse est une voie métabolique commune à toutes les cellules (1)

Réactions enzymatiques de la glycolyse

1. Hexokinase Catalyse la phosphorylation de glucose en glucose 6-phosphate aux dépens d ’une molécule d ’ATP Glucose + ATP --> Glucose 6-phosphate + ADP + H+ La réaction est quasi irréversible Dans le fois une glucokinase remplace la hexokinase Hexokinase est inhibé par ATP et glucose 6-phosphate

1. Hexokinase glucose glucose Modèle compact d’une sousunité

2. Phosphoglucose isomérase Catalyse la conversion de glucose 6-phosphate en fructose 6-phosphate Glucose 6-phosphate <---> Fructose 6-phosphate La réaction est en équilibre

Phosphoglucose isomérase (2)

3. Phosphofructokinase-1 (PFK-1) Catalyse une étape-clé du contrôle de la glycolyse Fructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 1,6-bisphosphate + ADP + H+ Elle utilise à nouveau une molécule d ’ATP La réaction est quasi irréversible Le produit de la réaction est le fructose 1,6-bisphosphate Enzyme allostérique L ’activité enzymatique est modulée par des métabolites: fructose 2,6-bisphosphate, ADP et AMP stimulent, ATP et citrate inhibent

4. Aldolase Catalyse la scission du fructose 1,6-bisphosphate en deux triose phosphates fructose 1,6-bisphosphate <--> dihydroxyacétone phosphate + glycéraldéhyde 3-phosphate La réaction est quasi réversible L’Aldolase hépatique utilise fructose 1-phosphate ainsi que fructose 1,6-bis-phosphate comme substrats

5. Triosephosphate isomérase (1) Catalyse l ’interconversion des glycéraldéhyde 3-phosphate et dihydroxyacétone phosphate: dihydroxyacétone phosphate <--> glycéraldéhyde 3-phosphate La réaction est réversible

Triosephosphate isomérase

6. Glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase Catalyse la seule réaction d ’oxydation de la glycolyse glycéraldéhyde 3-phosphate + NAD+ + Pi <--> 1,3-bisphosphoglycérate + NADH + H + La réaction est quasi réversible

L ’arsenic est toxique L ’Arséniate est une analogue du phosphate inorganique. L ’enzyme ne fait pas la distinction. L ’analogue instable formé est vite hydrolysé.

7. Formation d ’ATP ATP est formé par l ’action de la phosphoglycérate kinase: 1,3-bisphosphoglycérate + ADP <--> 3-phosphoglycerate + ATP La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre Le groupe phosphoryle riche en énergie est transferé à l ’ADP pour former de l ’ATP Le transfert d ’un group phosphoryle riche en énergie est une phosphorylation au niveau du substrat

Formation d ’ATP (2) H2O R-CH2 - O-PO32- R-CH2-O-H + HOPO32- DG ≤ 12.6 KJ/mol H2O O O R-CO-PO32- R-C-O-H + HOPO32- O-H R-C=O DG > 30 KJ/mol

8. Phosphoglycérate mutase Catalyse la conversion de 3-phosphoglycérate en 2-phosphoglycérate La réaction se déroule au voisinage de l ’équilibre

9. Enolase Catalyse le passage du 2-phosphoglycérate au phosphoénolpyruvate (PEP) 2-phosphoglycérate <--> PEP + H2O La réaction est réversible Phosphoénolpyruvate est porteuse d ’un groupe phosporyle riche en énergie. Phospoester de haute énergie

10. Pyruvate kinase (1) Catalyse le transfert du groupe phosphoryle du phosphoénolpyruvate à l ’ADP pour former de l ’ATP: PEP + ADP + H+ --> pyruvate + ATP La réaction est métaboliquement irréversible Le transfert du groupe phosphoryle riche en énergie permet la formation de l ’ATP.

La fermentation

Fermentation lactice En absence d ’oxygène la plupart des cellules transforment le pyruvate en lactate pour assurer la réoxydation de NADH en NAD+

Fermentation alcoolique La levure et certaines autres microorganismes comme des protistes et des bactéries peuvent transformer le pyruvate en éthanol Le NADH formé dans la réaction de la GAPDH peut être réoxydé en NAD+ par l ’action de l ’alcool déshydrogénase qui catalyse la réduction d ’acétaldéhyde en éthanol Cette régénération de NAD+ permet à la fermentation de se maintenir en l ’absence d ’oxygène.

Regulation: variations d ’énergie libre (1) 1kcal=4,2 kJ

Variations d ’énergie libre (2) 1kcal=4,2 kJ Variations d ’énergie libre standard comparées aux variations d ’énergie libre réelle dans les érythrocytes pour les réactions enzymatiques de la glycolyse

1,3-bis phosphoglycérate Les globules rouges peuvent transformer le 1,3-bisphosphoglycérate en 2,3-bisphosphoglycerate, la molécule dont dépend un transport efficace d ’O2. Courbe d’oxygénation de la hémoglobine pour des érythrocytes différentes

Régulation allostérique de la PFK-1 Activateurs ADP, AMP, AMPc FBP, F2,6P2, F6P, NH4+,Pi Inhibiteurs ATP, citrate, PEP

Phosphofructokinase-2 (PFK-2) la fructose 2,6-bisphosphate est synthétisée par la PFK-2 Fructose 6-phosphate + ATP --> Fructose 2,6-bisphosphate + ADP + H+ La PFK-2 est régulée par phosphorylation du façon indirect par AMP-cyclique et la glucagon Fructose 2,6-bisphosphate

L’hormone glucagon contrôle l’activité de la PFK-1 AMP cyclique Protéine kinase PFK-2 Fructose 2,6-bisphosphate PFK-1

AMPcyclique (1) Différentes étapes dans une régulation hormonale Premier messager: glucagon, protéine de 29 acides aminées produit par les cellules a du pancréas Le récepteur de glucagon est une AMP cyclase Second messager: cAMP Enzyme effectrice: protéine kinase Phosphorylation de l ’enzyme cible: PFK-2 Fru-6-P + ATP --> Fru-2,6-P2 + ADP (Fru-2,6-P2 est une activateur allosterique de la PFK1)

AMPcyclique (2) Conversion de l ’ATP en AMP cyclique (AMPc) catalysée par l ’adénylate cyclase

Régulation de la pyruvate kinase Pyruvate kinase est une enzyme allostérique Beaucoup de métabolites peuvent moduler son activité (voir fructose 1,6-bisphosphate) L  ’activité enzymatique peut être modulé par phosphorylation (voir glucagon)

Pyruvate kinase de Leishmania mexicana

Métabolisme d’ hexoses autres que la glucose Fructose Saccharose (sucre, sucrose), disaccharide de glucose et fructose Jus de fruits Galactose Lactose (produits laitières): disaccharide de glucose et galactose Mannose Glycoprotéines

Saccharose Le saccharose (un disaccharide de glucose et fructose) est catabolisé via la glycolyse. L ’enzyme saccharase (invertase) l ’hydrolyse du saccharose des aliments en glucose et fructose. Le fructose est métabolisé par le fois. Le fois possède une glucokinase, une fructokinase, une aldolase à double spécificité et une triose kinase La catabolisme du fructose évite la PFK-1 et le point de contrôle qui y est associé

Lactose Le lactose, un disaccharide de glucose et galactose présent dans le lait, est aussi catabolisé via la glycolyse grâce à une enzyme intestinale: la lactase. Galactosémie: déficience en galactose-1-phosphate uridyltransférase Intolérence au lactose : déficience en lactase

Mannose F6P