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Les grandes voies métaboliques
•Glycolyse(1ère partie dégradation glucose)
•Cycle de Krebs ou cycle de l’acide citrique(2ème partie dégradation glucose, acides gras, AA)
•Voie des pentoses phosphate(pouvoir réducteur, pentoses pour acides nucléiques)
•Gluconéogenèse ou néoglucogenèse(synthèse glucose)
•Glycogène (synthèse et dégradation)
•Biosynthèse & dégradation desacides gras
•Biosynthèse & dégradation desacides aminés 1
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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introductionvue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introductionvue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
Glucose
2 Pyruvate
2 Acétyl-CoA
2 NADH
2 NADH
6 NADH
2 FADH2
2 GTP
3 ATP
2 ATP
5 ATP
15 ATP
3 ATP
2 ATP
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GLYCOLYSE
• Par l'intermédiaire de la voie glycolytique, les glucides sont à l'origine de laformation d'ATP et de NADH.Les électrons stockés sous forme de NADH constituent la majeure partie de l'énergiemétabolique. Elle est destinée à la fabrication de l'ATP dans la phosphorylationoxydative (chaîne respiratoire dans la membrane interne mitochondriale, cf. coursBioénergétique BIO75, L3)
Nb: Le NADH de la glycolyse donne moinsd’ATP que celui du cycle de Krebs parce que sontransport dans le mitochondrie demande del’énergie.
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• Par l'intermédiaire de la voie des pentoses phosphates, les glucides sont àl'origine de la formation de:
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
Glucose
Glucose 6P
NADPH+
Ribose 5-phosphate
• pouvoir réducteur (NADPH) pour les réactions anaboliques,en oxydant le glucose‐6P• pentoses, en particulier ribose‐5P, constituant essentiel descoenzymes pyridiniques (NAD, NADP) et flaviniques (FMN, FAD),du coenzyme A, de l'ATP et des acides nucléiques (ADN, ARN).
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NADH et NADPH n’ont pas lemême rôle métabolique tout enayant les mêmes propriétés redox.
Le groupement phosphate permet aux enzymes de discriminer entre les deux formes decofacteur redox. Les enzymes cataboliques utilisent le NAD+/NADH (pour la productiond’ATP), tandis que les enzymes anaboliques utilisent le NADPH/NADP+ (pour les biosynthèsesréductrices). De cette façon le rapport des concentrations des formes oxydée et réduite nesont pas directement liés et peuvent être différents dans les deux cas.
Nicotinamide
Ribose
Adénosine
réduction
X = H NAD+ (Nicotinamide adénine dinucléotide)X = PO3
2- NADP+ (Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate)
NAD(P)+ NAD(P)H
NADH ET NADPH
Réaction catabolique:pour que la réaction ait lieu, la concentrationde NAD+ doit être élevée et celle de NADHfaible. Dans le cas contraire la réactionprocédera en sens inverse.
Réaction anabolique:réactif + NADPH ↔ produit + NADP+
la concentration de NADPH doit être élevéeet celle de NADP+ doit être faible
NADH/NAD+≈0.01; NADPH/NADP+≈1000
S’il en était autrement, il ne pourrait y avoirdans une même cellule de catabolisme ETanabolisme concomitant .La gestion redox de l’anabolisme et ducatabolisme est permise par l’utilisation deco-facteurs diversifiés.
GAP (un aldose)
1,3-bisphosphoglycerate (1,3 BPG)
Glycéraldéhyde 3P déshydrogénase (GAPDH)
POURQUOI DEUX COFACTEURS, NADH ET NADPH ?
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La voie des pentoses phosphates peut être divisée en deux branches et trois phases:
Branche oxydative (phase 1)Série de réactions qui mène à l’oxydation duglucose-6P, à la réduction du NADP+ enNADPH et à la production de pentoses.
Branche non oxydative (phases 2-3)Série de réactions réversibles d’isomérisationet transfert d’unités à 2 ou 3 carbones qui mèneà la formation d’hexoses et trioses à partir depentoses
Isomérisation (phase 2)
Transfert des unités (phase 3)
3 G6P + 6 NADP+ + 3 H2O 3 Ribulose-5P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2
3 Ribulose-5P ↔ Ribose-5P + 2 Xylulose-5P
Ribose-5P + 2 Xylulose-5P ↔ 2 F6P + GAP
Nomenclature:Glucose-6P = G6PFructose-6P = F6PGlycéraldéhyde-3P = GAPRibulose-5P = Ru5PRibose-5P = R5PXylulose5P = Xu5P
VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
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Phase 1: oxydations (1‐3)
Phase 2: réorganisationpar isomérisation etépimérisation (4 et 5)
Phase 3: réorganisationpar transfert de groupes
carbonés (6‐8)
Transaldolase
Transcétolase
Phosphopentoseisomérase
Phosphopentoseépimérase
Transcétolase
6-Phosphogluconolattonase
6-Phosphogluconate
déshydrogénase
Glucose-6-phosphate
déshydrogénase
Ribulose 5-P6-Phospho
gluconolactoneGlucose 6-P
6-Phosphogluconate
Ribose 5-p
Xylulose 5-p
Fructose 6-P Érythrose 4-P Fructose 6-P Glycéraldéhyde 3-P
Glycéraldéhyde 3-P Sédoheptulose 7-P
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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introductionvue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
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La phase 1 comprend la fonction principale de la voie: la synthèse de NADPH
Glucose-6-phosphate
déshydrogénase
6-Phosphogluconolattonase
6-Phosphogluconate
déshydrogénase
- Les réactions 1 et 3 sont des oxydoréductions (la 3 avec décarboxylationconcomitante); la réaction 2 est une réaction d’hydrolyse de la liaison esterintramoléculaire.- La première réaction de la voie (oxydation du glucose) a un ΔG << 0 et donc laréaction est irréversible.
PHASE 1 : OXYDATIONS (RÉACTIONS 1‐3)
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SuiteVoie
Synthèse ADN+ ARNPhosphopentose
isomérase
Phosphopentoseépimérase
Réactions similaires à celles de la glycolyse pour laconversion du G6P F6P et du DHAP GAP
Réaction 4
Réaction 5
Phosphopentoseisomérase
Épimères:Deux oses sont épimères s'ils diffèrent, sur un carbone asymétrique, par la position d' un seul groupe hydroxyle (-OH)
PHASE 2 : RÉORGANISATION PAR ISOMÉRISATION OU ÉPIMÉRISATION (RÉACTIONS 4 & 5)
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Série de réactions qui transfèrent des groupes à 2 ou 3 atomes de carbone, catalysées par deux enzymes: Transcétolase et Transaldolase
2 (Transcétolase)
3 (Transaldolase)
2 (Transcétolase)
Transcétolase: 2 atomes de C Transaldolase: 3 atomes de C
Les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphates, catalysent l’interconversiondes glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 atomes de carbones.
final
PHASE 3 : RÉORGANISATION PAR TRANSFERT DE GROUPES CARBONÉS (RÉACTIONS 6‐8)
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Réaction 7
Bilan total:Ribose-5P + 2 Xylulose-5P ↔ 2 F6P + GAP
Le cétose est toujoursle donneur descarbones et l’aldose estl’accepteur. Le cétoseaprès la réactiondevient un aldose etvice-versa.
Réaction 6
Réaction 8
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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introductionvue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
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La voie des pentoses phosphates peut devenir un cycle qui oxyde leglucose en CO2
Glycolyse
Voie des pentosesphosphate
Glucose
Pyruvate
Nucléotides
Gluco-néogenèse
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VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
1. Introductionvue d’ensemble de la voie
2. Les réactions de la voie des pentoses phosphates
3. Bilan de la voie des pentoses phosphates
4. Régulation de la voie des pentoses phosphates
• La première étape de la branche oxydative , catalysée par la Glucose‐6‐phosphatedéshydrogénase, est irréversible et contrôle donc le flux dans la voie:
‐ le facteur régulateur le plus important est la concentration du NADP+ (disponibilité du substrat)
‐ le NADPH est inhibiteur compétitif de la Glucose‐6‐phosphate déshydrogénase(compétition avec le NADP+ pour la liaison à l’enzyme)
• Les étapes de la branche non oxydative sont toutes réversibles, donc la direction des réactions dans cette branche dépend de la disponibilité des substrats
Glucose-6-phosphate
déshydrogénase
Glucose 6P
6-Phosphogluconolactone
(+) NADP+
(-) NADPH
4. RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE
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Glucose
Glycogène
Glucose-6-phosphate
Pyruvate
Ribose 5-phosphate
Acides aminés Lactate
Acetyl-CoA
Dégradation du glycogène Synthèse du glycogène
Voie des Pentoses Phosphates
NéoglucogenèseGlycolyse
Cycle de l’acide citrique (ou de Krebs) → CO2
Les connections de la glycolyse et de la néoglucogenèse
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MODES DE RÉGULATION DE LA VOIE DES PENTOSES
PHOSPHATE
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Exemple: les cellules en division rapide ont besoin de beaucoup de ribose-5P pour la synthèse d’ADN.
Transcétolase+
Transaldolase
La phase 3 de la voie est utilisée:‐ le glucose‐6P est converti en fructose‐6P et glycéraldéhyde‐3P par la glycolyse.‐ transcétolase et transaldolase catalysent la formation du ribose‐5P à partir du F6P et GAPpar les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphate (en sens opposé).
BILAN:
5 Glucose-6P + ATP 6 Ribose-5P + ADP + H+
La phosphopentose isomérase et laphosphopentose épimérase catalysent laconversion du xylulose-5P en Ribose-5P
MODE 1: une quantité plus grande de ribose‐5P que de NADPH est nécessaire
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Phase 1: oxydations (1‐3)
Phase 2: réorganisationpar isomérisation etépimérisation (4 et 5)
Phase 3: réorganisationpar transfert de groupes
carbonés (6‐8)
Transaldolase
Transcétolase
Phosphopentoseisomérase
Phosphopentoseépimérase
Transcétolase
6-Phosphogluconolattonase
6-Phosphogluconate
déshydrogénase
Glucose-6-phosphate
déshydrogénase
Ribulose 5-P6-Phospho
gluconolactoneGlucose 6-P
6-Phosphogluconate
Ribose 5-p
Xylulose 5-p
Fructose 6-P Érythrose 4-P Fructose 6-P Glycéraldéhyde 3-P
Glycéraldéhyde 3-P Sédoheptulose 7-P
BILAN:
Glucose-6P + 2 NADP+ + H2O Ribose-5P + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
La branche oxydative de la voie des pentoses phosphate est utilisée:‐ Le glucose‐6P est converti en ribulose‐5P par la branche oxydative de la voie des pentosesphosphate.‐ Le ribulose‐5P est ensuite isomérisé en ribose‐5P par la phosphopentose isomérase
Phosphopentoseisomérase
MODE 2: les besoins en ribose‐5‐phosphate et NADPH sont équilibrés
Exemple: les cellules du tissuadipeux ont besoin debeaucoup de NADPH pour lasynthèse des acides gras
BILAN:
Glucose-6P + 12 NADP+ + 7 H2O 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi
Toute la voie est utilisée:‐ le fructose‐6P et le glycéraldéhyde‐3P obtenus par la phase 3 sont reconvertis en glucose‐6Ppar la voie de la gluconéogenèse (la voie fonctionne comme un cycle qui permet d’oxydercomplètement une molécule du G6P).
Gluconéogenèse
MODE 3: une quantité plus grande de NADPH que de ribose‐5P est nécessaire
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Réactions partielles:
(1) 6 Glucose-6P + 12 NADP+ + 6 H2O 6 Ribose-5P + 12 NADPH + 12 H+ + 6 CO2
(2) 6 Ribose-5P 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P
(3) 4 Fructose-6P + 2 Glycéraldéhyde-3P + H2O 5 Glucose 6-phosphate + Pi
TOT Glucose-6P + 12 NADP+ + 7 H2O 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi
Gluconéogenèse
(1)(1)
(2)
(2)
(3)
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Glycolyse
Glycolyse
‐Toute la voie est utilisée:‐le fructose‐6P et le glycéraldéhyde‐3P obtenus par la phase 3 sont convertis en pyruvate par lavoie de la glycolyse. On obtient du NADH et de l’ATP .
BILAN:
3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP 5 Pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+
MODE 4: une quantité plus grande de NADPH que de ribose‐5P est nécessaire
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(1) 3 Glucose-6P + 6 NADP+ + 3 H2O 3 Ribose-5P + 6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2
(2) 3 Ribose-5P 2 Fructose-6P + 1 Glycéraldéhyde-3P
(3) 2 Fructose-6P + 4 NAD+ + 6 ADP + 4 Pi 4 Pyruvate + 4 NADH + 6 ATP + 4 H2O + 2 H+
(4) 1 Glycéraldéhyde-3P + NAD+ + 2 ADP + 1 Pi 1 Pyruvate + 1 NADH + 2 ATP + 1 H2O
3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP 5 Pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8 H+
Pentoses phosphate
Glycolyse
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Le squelette de carbone pour la synthèse des AA provient des intermédiaires de laglycolyse, de la voie de pentoses phosphate ou du cycle de Krebs