glycolyse cours 1 ière année pharmacie 2012-2013 biochimie métabolique pr sanae bouhsain
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Glycolyse
Cours 1ière année Pharmacie 2012-2013Biochimie métabolique
Pr Sanae Bouhsain
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
Conclusion
1- Définition • Glycolyse dérive du grecque glik (sucre) et lyssis (dissolution)
• Origines du glucose:– alimentaire: digestion de polysaccharides et de disaccharides– Origine métabolique:catabolisme du glycogène hépatique et
musculaire, précurseurs non glucidiques
• Voie du catabolisme oxydatif , cytoplasmique, anaérobique avec production de:– 2 molécules de pyruvate (C3)– Molécules riches en énergie (NADH,H+ et ATP)
Glycolyse
• 1940: Embden, Mayerhof et Parnas proposent la séquence des réactions de la 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)
2- Les réactions de la glycolyse
Réaction 1: Hexokinase
Réaction : spontanée , irreversible, réaction clé
Réaction exergonique, G = -27,2 kJ/mol
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: glucose 6-P- isomérasetransformation d’un aldose en cétose
Glucose-6-phosphate Fructose-6-phosphateRéaction réversible
Aldose Cétose
Réaction 3: Phosphofructokinase (PFK 1) utilise ATP
Réaction: spontanée, exergonique (G = -25,9 kJ/mol) -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 4: Aldolase scission du fructose en 2 trioses
Fructose-1,6-bisphosphate 2 trioses phosphate(isomères)
+++
Aldose
Cétose
Réaction 5: Triose Phosphate Isomérase (TIM)
Dihydroxyacétone-phosphate Glycéraldéhyde-3-phosphate
Réaction 6: Glycéraldéhyde 3- phosphate déshydrogénase
Glycéraldéhyde-3-phosphate 1,3-bisphosphoglycérate
Mécanisme réactionnel couplant : oxydoréduction + transfert de phosphate
Formation de NADH, H+
Réaction 7: Phosphoglycérate kinase (PGK)
1,3-Bisphosphoglycérate 3-Phosphoglycérate
- Réaction de phosphorylation liée au substrat: Produit une molécule d’ATP
C
C
CH 2 O PO 32
O O PO 32
H O H
C
C
CH 2 O PO 32
O O
H O H
A D P A T P
1
22
3 3
1
M g 2+
1 , 3 - b i s p h o s p h o - 3 - p h o s p h o g l y c e r a t e g l y c e r a t e
P h o s p h o g l y c e r a t e K i n a s e
RappelPhosphorylation au niveau du substrat
• Processus au cours duquel de l’ATP est produit en dehors de la chaine respiratoire
• Phosphorylation de l’ADP en ATP par couplage avec une réaction d’hydrolyse d’une molécule riche en énergie
• Survient au cours du métabolisme à 3 endroits:– Glycolyse: réaction catalysée par la 3P glycéraldéhyde kinase– Glycolyse: réaction catalysée par la pyruvate kinase– Cycle de Krebs: réaction catalysée par la succinyl CoA synthétase
Réaction 8: Phosphoglycérate mutase
3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate
Réaction 9: Enolase
Réaction de déshydratation Mg++-dependent
C
C
C H 2 O H
O O
H O P O 32
C
C
C H 2 O H
O O
O P O 32
C
C
C H 2
O O
O P O 32
O H
2
3
1
2
3
1
H
2 -p h o s p h o g ly c e r a t e e n o la t e in t e r m e d ia te p h o s p h o e n o lp y r u v a te
E n o la s e
Réaction 10: Pyruvate Kinase
Phosphoenolpyruvate Pyruvate
C
C
CH 3
O O
O2
3
1A D P A T PC
C
CH 2
O O
O PO 32
2
3
1 C
C
CH 2
O O
O H2
3
1
p h o s p h o e n o l p y r u v a t e e n o l p y r u v a t e p y r u v a t e
P y r u v a t e K i n a s e
- Réaction exergonique irréversible
- Enzyme clé de la glycolyse
- Le phosphate est transféré à l’ADP avec formation d’ATP (Phosphorylation au niveau du substrat)
Récapitulatif des réactions de la glycolyse
Hexokinase
Phosphofructokinase
glucose Glycolysis
ATP
ADP glucose-6-phosphate
Phosphoglucose Isomerase
fructose-6-phosphate
ATP
ADP fructose-1,6-bisphosphate
Aldolase
glyceraldehyde-3-phosphate + dihydroxyacetone-phosphate
Triosephosphate Isomerase Glycolysis continued
Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase
Phosphoglycerate Kinase
Enolase
Pyruvate Kinase
glyceraldehyde-3-phosphate
NAD+ + Pi
NADH + H+
1,3-bisphosphoglycerate
ADP
ATP
3-phosphoglycerate
Phosphoglycerate Mutase
2-phosphoglycerate H2O
phosphoenolpyruvate
ADP
ATP pyruvate
2ième moitié de la glycolyse
3- Bilan énergétique de la glycolyse
1 glucose + 2 ATP + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
2 pyruvate + 2 NADH, H+ + 2 H2O + 4 ATP
10 enzymes
La destinée de NADH et PyruvateAerobie ou anaerobie??
Reduction en ethanol
levure
Réduction en lactateOxydation mitochondriale
1 NADH --> ~3 ATP
Bilan global variable
• Condition anaérobiques: pyruvate lactate
• Condition aérobiques: mitochondrie
• Pyruvate: cycle de krebs
• NADH, H+: chaine respiratoire mitochondriale (3 ATP)
12
BILAN DE LA GLYCOLYSE• Glycolyse (-O2)
– Réactions 7 et 10 : 4ATP– Départ : Réactions 1 et 3 : dépense - 2 ATP
– Bilan net 2 ATP
• GLYCOLYSE (+ O2)– Réaction 6: 2 NADH réd.(CRM) 6 ATP– Réactions 7 et 10 : Kinase 4 ATP– Départ : Réactions 1 et 3 : dépense - 2 ATP – Bilan net 8 ATP
4- Régulation de la glycolyse
Objectif et moyens de la régulation• Piloter la glycolyse en fonction de chaque organe: foie, muscle ++++
– Gain d’énergie– Production de matériaux de biosynthèse
• Régulation intéresse les enzymes clés– Catalysent réactions fortement exergoniques– Irréversibles
• Grande importance l’étape limitante:– Catalysée par enzyme clé– Réaction la plus lente de la voie métabolique: vitesse dépendante de l’activité
enzymatique et non de la fourniture du substrat
• Moyens de régulation: transcriptionnelle, covalente, cinétique, allostérique,…..
Les étapes clés de la glycolyse
• Les enzymes catalysant des réactions très exergoniques:
– Hexokinase
– Phosphofructokinase-1 (PFK1)
– Pyruvate kinase
Glycolysis Enzyme/ReactionGo'
kJ/molG
kJ/mol
Hexokinase -20.9 -27.2
Phosphoglucose Isomerase +2.2 -1.4
Phosphofructokinase 1 -17.2 -25.9
Aldolase +22.8 -5.9
Triosephosphate Isomerase +7.9 negative
Glyceraldehyde-3-P Dehydrogenase& Phosphoglycerate Kinase
-16.7 -1.1
Phosphoglycerate Mutase +4.7 -0.6
Enolase -3.2 -2.4
Pyruvate Kinase -23.0 -13.9*Values in this table from D. Voet & J. G. Voet (2004) Biochemistry, 3rd Edition, John Wiley & Sons, New York, p. 613.
glucose-6-phosphate: inhibiteur allostérique de l’hexokinase
Hexose-6-P(G6P)
Hexokinase
ADP
ATP
Hexoses(glucose, fructose, galactose)
Pas de régulation allostérique
Feedback inhibition par glucose-6-P
Glucose
(liver; pancreas)Glucokinase
Glucose-6-P
1) Régulation de l’Hexokinase: contrôle allostérique
2- Régulation de la PFK1 contrôle allostérique
CH 2 O PO 32
O H
CH 2 O H
H
O H H
H HO
O6
5
4 3
2
1 CH 2 O PO 32
O H
CH 2 O PO 32
H
O H H
H HO
O6
5
4 3
2
1
A T P A D P
M g 2 +
f r u c t o s e - 6 - p h o s p h a t e f r u c t o s e - 1 , 6 - b i s p h o s p h a t e
P h o s p h o f r u c t o k i n a s e
PFK1: Étape limitante glycolyse+++
- Inhibiteurs allostériques: ATP, citrate
- Activateur allostérique: 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 dephosphoryléepar proteine phosphatase:PFK-2 - activeFBPase-2 - inactive
fructose-6-phosphate
fructose-2,6-bisphosphate
ATP
ADP
fructose-6-phosphate
Enzyme bifonctionnelle – phosphorylée (par proteine kinase A):FBPase-2 - active PFK-2 - inactive
fructose-2,6-bisphosphate
H2O
Pi
Le choix entre le deux fonctions est contrôlé par phosphorylation de l’enzyme PFK2.++++
Formes interconvertibles du PFK2Passage de la forme phosphorylée à la forme déphosphorylée: contrôle hormonal
• Dans le foie:– Forme dephosphorylée, à activité PFK2 (active)– Forme phosphorylée, à activité F2,6BPase
• En période post prandiale, L’insuline:– active la phosphodietérase, déphosphorylation de la PFK2 (active )– Production de F2,6BP– Activation de la glycolyse et inhibition de la gluconéogenèse.
• En période de jeûne physiologique, le glucagon:– active la PKA, formation de l’AMPc, phosphorylation de la PFK2:
inacive– déphosphorylation F2,6BP : inhibition de la glycolyse– Glucose réservé aux tissus gluco-dépendants
3- Régulation de la Pyruvate kinasecontrôles: allostérique et covalent
C
C
CH 3
O O
O2
3
1A D P A T PC
C
CH 2
O O
O PO 32
2
3
1
p h o s p h o e n o l p y r u v a t e p y r u v a t e
P y r u v a t e K i n a s e
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 et citrate
• 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)
ATP ADP
proteine kinase A
+Glucagon
-citrateATPalanine
OH
PyruvateKinase(active)
Pyruvate+ ATP
Phosphoenolpyruvate+ ADP
Régulation dans le foie de la pyruvate kinase.
Pi
proteine phosphatase
+Insulin
OPO32-
Pyruvatekinase(inactive)
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– ATP, NADH,H+ et citrate: témoins disponibilité de l’énergie, inhibent glycolyse– AMP, ADP: témoins déficit énergie, activateurs glycolyse
• 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– Glucagon: secrété quand glycémie basse, augmente concentration AMPc
(signal de faim), phosphorylation et activation des enzymes clés de glycolyse– Insuline: effet inverse glucagon, déphosphorylation et inhibition enzymes
glycolyse
• Induction ou répression de gènes: à long terme (délai en heures ou jours)
– gènes codant les enzymes
5- Utilisation d’autres sucres dans glycolyse
6- Principales anomalies de la glycolyse
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 enzymatique héréditaire: déficit en pyruvate kinase érythrocytaire
Déficit en transporteursDéficit en GLUT2Déficit en GLUT2
• syndrome de Fanconi-Bickel (SFB)
• Accumulation de glycogène dans le foie et les reins
• Hépatosplénomégalie
• Insuffisance rénale tubulaire sévère
La glycolyseCe qu’il faut retenir
• Glycolyse: voie catabolique cytoplasmique
• 1 glucose → 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH,H+
• Devenir des produits de la glycolyse: variable en fonction conditions aérobiques ou
anaérobiques de la cellule
• Régulation de la glycolyse: +++– Intéresse réactions irréversibles– Enzymes clés: HK, PFK 1, et PK