II. Biochimie métabolique 1

Biochimie métabolique introduction 1

 

TABLE DES MATIERES

1.Introduction

  • Fonctions du métabolisme - types d'organismes vivants
  • Flux d'énergie : cycle de l'ATP
  • Cinétique chimique et ebzymatique
  • Lois de la thermodynamique-énergie libre 
  • Liaisone riches en énergie 

 

2. La glycolyse .

3.Autres glucides que le glucose = voies d'entrées - régulation de la glycogénolyse et de la glycogénèse

4.La fermentation alcoolique 

5. Le cycle tricarboxylique

5.a Mobilisation de l'acétyl coenzyme A

5.b Cycle des acides tricarboxyliques ( Voies annexes et cycle du glyoxylate )

5.c Voie du phosphogluconate

5.d Transport d'électrons et phosphorylation oxydative 

6..Oxydation des acides gras

7.Oxydation des acides aminés

8. Synthèse des glucides et photosynthèse

 

1 . INTRODUCTION 

1.1 Fonctions du métabolisme - type d'organismes vivants

1.1.1 Fonctions du métabolisme

a) extraire de l'énergie chimique du milieu ambiant, soit des aliments organiques, soit de la lumière solaire.

b) transformer les aliments exogènes en matériaux de construction ou en précurseurs de composants macromoléculaires de la cellule.

c) assembler ces matériaux en protéines, lipides acides nucléiques,polysaccharides ou autres constituants caractéristiques de la cellule

d) Former et dégrader les molécules nécessaires aux fonctions spécialisées de la cellule

Des centaines de réactions chimiques seront mises en jeu pour réaliser ces quatre fonctions, une présentation d'ensemble donne l'impression d'une complexité effroyable , et pourtant..... l'expression et la fonction des voies métaboliques principales sont d'une simplicité remarquable; deplus, toutes les expressions de la vie offrent - à quelques détails près - des séquences d'évènements identiques. L'examen d'une carte métabolique permet de se rendre compte très rapidement  que les organismes vivants utilisent essentiellement des composés du carbone.

La source de carbone est :

soit le CO2 de l'air  

soient des composés organiques

La source d'énergie    nécessaire aux fonction cellulaire sera puisée :

soit de la lumière

soit de réactions chimiques d'oxydo réduction , c'est à dire l'énergie fournie par

1 8

Les cellules peuvent être classées de deux manières différentes :

1) suivant la forme chimique du carbone :

Soit AUTOTROPHES lorsque la source de carbone est le CO2 

Soit HETEROTROPHES lorsque la source de carbone est un composé organique

2) Suivant leur source d'énergie.

Le tableau suivant rassemble ces caractéristiques :

Type d'organisme Sources d'énergie Sources de carbone donneurs d'électrons exemples
1/PHOTOLITHOTROPHES lumière CO2

c.minéraux

H2O H2S S

- cellules vertes plantes

-Algues bleues vertes

-Bactéries photoS

2/PHOTOORGANOTROPHES: lumière c.organiques c.organiques Bactéries pourpres non sulfureuses
3/CHIMIOLMITHOTROPHES  réactions d'oxydoréduction  CO2 c.minéraux

Bactéries dénitrifiantes

Bactéries utilisant H,S,Fe

4/CHIMIOORGANOTROPHES réacions d'oxydoréduction c organiques c.organiques

animaux supérieurs

la plupart des bactéries

 1 et 4 constituent ensemble la grande majorité des espèces, les représentants peu nombreux de 2 et 3 sont néanmoins fort importantes par les fonctions qu'ils remplissent : ex/ bactéries du sol qui captent l'azote atmosphérique ou bactéries qui oxydent l'ammoniaque en nitrates.

Le schéma est quelque peu simplifié par le fait qu'un organisme peut compter des cellules de différents types . Par exemple la plante est autotrophe pour la partie contenant de la chlorophylle et hétérotrophe par les racines ; certaines feuilles fonctionnent comme des autotrophes à la lumière et comme des hétérotrophes à l'obscurité.

Les cellules les plus aptes à presque se suffire à elles même sont les algues bleues-vertes ( Cyanobactéries ) photosynthétiques fixatrices d'azote . Ces cellules pourraient être les premières à avoir colonisé la terre , cette hypothèse s'appuie notamment sur le fait que les algues bleues vertes sont les premiers organismes vivants que l'on a vu réapparaître après une éruption du Krakatoa (1883) ou toute forme de vie avait disparu.

1.2 Cycle du carbone et de l'oxygène

Ce cycle met en évidence l'interdépendance des êtres vivants, il y a SYNTROPHIE  des cellules végétales autotrophes et animales hétérotrophes aérobiques . A ce cycle est associé un flux d'énergie  : Energie solaire ----> énergie chimique . Pour donner une idée de l'importance de ce flux d'énergie , mentionnons que les cellules photosynthétiques captent 1019 KCal/an  ;  cette énergie est transformée en énergie chimique et conduit à la libération dans l'atmosphère de 3,3 . 1014 Kg de CO2. Par  comparaison , l'énergie dissipée par l"ensemble des activités industrielles est d'environ 5% de celle concentrée par les plantes.

10003 2

1.3 Cycle  de l'azote

L'azote est un élément essentiel des molécules biologiques , il est très abondant à l'état moléculaire , mais inutilisable sous cette forme par les espèces animales , il y a ici également uune interdépendance nutritionnelle et métabolique.

100030003

 

Nous avons vu qu'au cycle du carbone était associé un flux d'énergie schématisé ci dessous :

2 9

Le METABOLISME est l'ensemble de deux phases opposées :

1) Le CATABOLISME :

Est la dégradation catalysée  ( enzymatique ) des " aliments " du milieu environnant la cellule ou des réserves intracellulaires, en molécules simples de petite taille. L'énergie libérée au cours des réactions de dégradation est mise en réserve sous forme d'un composé : l'ATP. L'ATP possède des liaisons ester-phosphate riches en énergie .   

2) L'ANABOLISME :

Est la biosynthèse enzymatique des macromolécules à partir de précurseurs simples . L'énergie nécessaire à ces réactions est fournie par l'ATP. L

Le métabolisme se déroule par étapes successives en passant par de nombreux intermédiaires : c'est la raison de la désignation des séquences de réaction sous le terme "métabolisme intermédiaire ". Généralement ces séquences métaboliques comportent un grand nombre de réactions : ce comportement biologique permet , d'une part, d'interconnecter plusieurs voies, ce qui augmente les possibilités d'utilisation et, d'autre part, de récupérer une plus grande partie de l'énergie libérée au cours du catabolisme ou de "dépenser" l'énergie au plus juste dans les synthèses.

Complémentairement au cycle du carbone  et au schéma du flux d'énergie, on peut représenter une CYCLE DE L'ATP  

3 7  .

 1.2 Cinétique enzymatique

Equation de Michaelis menten

Equation de Linewaever-Burk

Voir catégorie Biochimie structurelle dans le chapitre relatif aux protéines .

1.3 Energie libre d'activation et effets des catalyseurs

La réaction chimique de la réaction A---->P peut se produire lorsque suffisament de molécules de A ont une énergie qui les amène dans un état activé (état de transition ) où la probabilité de former P est très forte.La vitesse d'une réaction chimique est proportionnelle à la concentration des molécules ayant atteint cet état de transition.

L'énergie d'activation ( delta G*) représente la quantité d'énergie nécessaire à une température donnée pour amener toutes les molécules d'une mole de substance à l'état de transition, cette énergie s'exprime en KCal/moles.

Pour augmenter la vitesse d'une réaction on peut soit :

- élever la température ce qui augmentera l'agitation moléculaire et favorisera le passage à l'état de transition, soit

- ajouter des catalyseurs qui en se combinant transitoirement aux réactifs vont " produire " un état de transition qui possède moins d'énergie libre que celui de la réaction non catalysée.

4 5

  

L'augmentation de la température de 10°C aurait permis de multiplier la vitesse de la réaction par 2. Dans le système sans catalyseur , l'ajout de la catalase multiplierait la vitesse de réaction par 108 .

1.4 Lois de la thermodynamique

Pour comprendre les bases physico-chimique du rôle de l'ATP dans le cycle énergétique rappelons aussi les bases de la thermodynamique.

La première loi de la thermodynamique et le principe de conservation de l'énergie c'-à-d

Dans un processus donné ,l'énergie totale du système et du milieu extérieur demeure constante ., l'énergie subit des modification ( passage chaleur ---> mécanique )mais rien ne se crée rien ne se perd, tout se conserve.  

La seconde loi de la thermodynamique précise que

Tous les processus tendent à évoluer dans le sens où l'entropie du système et du milieu extérieur  ( c'est à dire l'entropie de l'univers ) augmente jusqu'à atteindre un équilibre où l'entropie est maximum dans les conditions de température et de pression données.

L'entropie d'un système qu'il est difficile de mesurer directement  peut être considérée comme le degré d'ordre ou plutôt de désordre du système considéré

Il est très difficile de mesurer l'entropie par contre la variation d'entropie est reliée à une grandeur plkus abordable : l'énergie libre :5 3

Delta G peut être considéré comme une fraction de l'énergie, disponible pour réaliser un travail lorsque le système évolue vers l'équilibre.

Si delta G < 0  réaction exergonique sens de la réaction -----> EXERGONIQUE

Si delta G >0   réaction endergonique sens de la réaction <------- ENDERGONIQUE

Envisageons maintenant une réaction : 

5 4

 

La variation d'énergie libre d'une telle réaction est reliée à la constante d'équilibre de la réaction par la relation : 

5 5

 

En énergétique biochimique, l'état de référence est établi à pH=7 alors qu'en chimie physique on l'exprime par rapport à l'activité des ions H = 1 c'est à dire à pH=0 . La variation d'énergie libre standart à pH 7 est désignée par deltaG0' pour la distinguer de delta G0 à pH 0.

Les valeurs de delta Go' à pH7 peut être différent à un autre pH puisque le degré d'ionisation varie en fonction du pH et que les réactions biochimiques dépendent du pH.

L'expression actuellement admise est le KJoule ou Joule/mole ( convention internationale ) mais on trouve encore régulièrement l'expression en KCal/mole. ( une calorie = 4,184 joules) 

Si on a une succession de réactions : 

5 6,. 

:5 7Les réactions qui vont intervenir pour stocker et transporter l'énergie ( sous forme d'ATP) mettent en jeu des liaisons chimiques qui donnent par hydrolyse une variation d'énergie libre négative importante ( deltaG<o) .

On connaît 5 types de liaisons de ce genre :

1) La liaison anhydride phosphorique ex/ l'ATP

5 9 

Egalement présent dans les composés :GTP,CTP,UTP,TTP,ITP, moins abondant qu'ATP

2) La liaison anhydride mixte 

Entre l'H3PO4 et un acide organique 

5 10Cette molécule intervient dans la glycolyse

3) Liaison thioester

Anhydride entre un acide et un thiol

5 11

4) La liaison énolester

 

5 125) La liaison amide phosphorique

5 13Chez les invertébrés on trouve encore de la phosphoarginine.

2. La glycolyse 

Entamons maintenant l'étude d'un SYSTEME MULTIENZYMATIQUE qui dégrade des molécule et en récupère l'énergie :: la GLYCOLYSE. C'est une voie catabolitique du glucose faisant partie de ce que l'on appelle les FERMENTATIONS ANAEROBIQUES.qui représente le mécanisme le plus simple et ( peut-être) le plus primitif pour "tirer" l'énergie des molécules initiales.En effet, si l'on considère la combustion du glucose dans l'air.

C6H12O6 + 6CO2--------> 6CO2 + 6H2O  + énergie dissipée ( 686 KCal )

L'oxydation compl!te du glucose dans les cellules vivantes.

Bioch17schemaBilan en aérobiose ( jusqu'au stade pyruvate ) :Glucose + 2Pi +2ADP + 2NAD+ ---> 2 Pyruvates+ 2A¨TP + 2NADH + 2H+ + 2 H2O

Etapes enzymatiques de la première phase de la glycolyse

1. PHOSPHORYLATION DU GLUCOSE PAR L'ATP.

Le glucose, molécule neutre est rendu utilisable pour les étapes ultérieures par une phosphorylation  sur le carbone en position 6 ; la molécule devient chargée négativement . La réaction est catalysée par 2 enzymes différents : l'HEXOKINASE* ( régulatrice inhibée par le glucose 6P) ou la  GLUCOKINASE

5 14L'HEXOKINASE est l'enzyme qui intervient dans la plupart des cellules ( PM 104000 , 2 sous unités , 913 résidus d'acides aminés).

(1) Hexose + Pi → hexose 6-phosphate : réaction endergonique (thermodynamiquement défavorable) avec ΔG°’ = 13,8 kJ·mol-1 ;
(2) ATP → ADP + Pi : réaction exergonique (thermodynamiquement favorable) avec ΔG°’ = -30,5 kJ·mol-1 ;
(1+2) Hexose + ATP → hexose-6-phosphate + ADP : réaction globale exergonique, avec ΔG°’ = 13,8 – 30,5 = -16,7 kJ·mol-1.

 

Elle catalyse également la phosphorylation d'autres hexose ( sinon tous ) tels le D-fructose, le D-mannose et la D-glucosamine . L'enzyme existe - dans le cerveau notamment - sous plusieurs formes ( isoenzymes ). Le glucose 6 phosphate inhibe l'activité de l'enzyme L'hexokinase est donc une enzyme régulatrice. En présence de quantités importantes de glucose 6 phosphate, la cellule arrête donc d'en produire, ce qui représente un mécanisme d'économie pour la cellule (inhibition par le produit de la réaction).

La GLUCOKINASE ( PM 15-20.105) présente essentiellement dans le foie catalyse la phosphorylation du glucose uniquement, elle n'est pas inhibée par le glucose 6 phosphate. Les valeurs du Km pour le glucose sont respectivement  pour l'hexokinase et la glucokinase sont respectivement de 0,10 et 10 mM ce qui veut dire que l'hexokinase est saturée à la concentration normale de glucose sanguin ( environ 3 mM )

5 15

Rappelons que :

La constante de Michaelis (Michaëlis), ou Km, est une constante caractérisant une réaction enzymatique. C'est l'un des deux paramètres d'une enzyme, utilisé dans le modèle de cinétique enzymatique simplifié de Michaelis-Menten, l'autre étant la constante catalytique kcat de l'enzyme (également appelée turnover number, ou TON). Le Km correspond à la valeur de la concentration de substrat pour laquelle la vitesse de réaction enzymatique est égale à la moitié de la vitesse maximale Vmax.

Cette constante qui a la dimension d'une concentration (mole/litre) est reliée de la constante de dissociation de l'enzyme pour son substrat, mais n'est en général pas strictement égale à la constante de dissociation enzyme:substrat, mais est plus élevée que celle-ci.

La glucokinase n'intervient donc que la [ glucose sanguin ] augmente considérablement .

la KM est inversement proportionnelle a l'affinité de l'enzyme pour ses substrats. Ces deux enzymes sont Mg2+ dépendantes. Chez l'homme, la glucokinase est localisée dans le foie et dans les cellules pancréatiques. En effet, cette dernière est parfaitement adaptée à la fonction de stockage du foie (elle fonctionne principalement lors d'afflux de glucose importants, après un repas par exemple, et contribue ainsi à la régulation de la glycémie). Un dysfonctionnement de cette enzyme est donc responsable de certains types de diabète (diabètes MODY qui, pour 50 % des cas, sont dus à une mutation de la glucokinase).

Notes :

a) Le foie des ruminants ne contient pas de glucokinase - les sucres délivrés dans la nature sont fermenté dans le "4ème estomac "  ( abomasum ) par des bactéries et transformés en acides gras à chaîne courte ( propionique, butyrique ) qui sont transférés au foie.

b) Le foie du rat foetal ne contient que l'hexokinase dont la concentration diminue à partir de la naissance , la glucokinase apparaît seulement 2 semaine après la naissance et sa concentration augmente pour atteindre un maximum après 1 mois.

Dans les conditions intracellulaires; la réaction est pratiquement irréversible . 5 16La déphosphorylation : D-glucose 6 phosphate + H2O ----> D-glucose + phosphate est catalysée par une enzyme totalement différentes la D-glucose-6 phosphatase ( delta G0'= -3,3 KCal.mole-1 ) ( K = 210 ).. On trouve l'enzyme dans le foie, et elle n'est pas présente dans ce muscle et le cerveau, c'est une enzyme caractéristique du réticulum endoplasmique

Remarque : toutes les réactions qui ont une variation d'enthalpie libre élevée sont irréversibles, et comme cette phosphorylation est énergétiquement très favorisée, la réaction est irréversible. C'est pourquoi ces enzymes sont très régulées afin d'éviter l'emballement du système, à l'instar des deux autres étapes irréversibles de la glycolyse. (Phosphofructokinase, Pyruvate kinase). L'hexokinase est notamment inhibée par son propre produit, le glucose-6-phosphate (rétrocontrôle négatif), et son expression génique est induite par l'insuline. La glucokinase n'est quant à elle pas inhibée par le glucose-6-phosphate, mais son expression génique est induite par l'insuline.

 

2. ISOMERISATION DU GLUCOSE-6-P EN FRUCTOSE-6-P

5 18

 

L'enzyme a été isolée et puirifiée à partir du muscle ( PM 130000 dimère ). la réaction est aisée dans les deux sens . L'enzyme est spécifique du glucose 6 phosphate et du fructose 6 phospahate.Cette réaction est réversible, et demeure orientée vers la droite en raison de la concentration en Fru-6-P, maintenue assez faible en raison de sa consommation immédiate par l'étape suivante de la glycolyse.

3. PHOSPHORYLATION DU D-FRUCTOSE 6 PHOSPHATE

Une deuxième molécule d'ATP va être utilisée pour  phosphoryler le fructose 6 P en position 1. ; la réaction est catalysée par la 6 PHOSPHOFRUCTOKINASE.(*allostérique )

10003  .                        

La relation vitesse de formationdu fructose 1,6 - diphosphate  en fonction de la concentration en fructose 6 - phosphate est pratiquement hyperbolique  lorsque la [ ATP] est faible , par contre cette relation devient sigmoïde  à forte [ ATP].Cette différence de relation résulte de la liaison d'ATP sur l'enzyme à un site différent du site catalytique qui provoque une "altération" de la structure de l'enzyme , entraînant une augmentation du Km de l'enzyme pour le substrat. Dans le cas de la phosphofructokinase, l'ATP joue le rôle d'effecteur négatif se liant à un site allostérique de l'enzyme, le citrate joue un rôle similaire. Deseffecteurs positifs peuvent renverser la situation en activant l'enzyme.Ce sont l'ADP, l'AMP,et le Pi En absence d'inhibition par l'ATP ( à faible concentration d'ATP) , .L'inhibition par l'ATP est réversible par l'AMP, ce qui permet de garder un rapport ATP/AMP constant. Mais elle est surtout régulée par le fructose-2,6-bisphosphate : en effet, la production de fructose-2,6-bisphosphate à partir du fructose-6-phosphate a pour seule fonction de mettre en évidence une saturation de la voie en fructose-6-phosphate (« trop plein »), car le fructose-2,6-bisphosphate n'a pas de devenir métabolique. Par allostérie, le fructose-2,6-bisphosphate active donc la phosphofructokinase-1 afin de stimuler la consommation de fructose-6-phosphate et ainsi empêcher sa propre formation.

20002

 

 

Cette réaction est un point de contrôle important de la séquence glycolytique . C'est une enzyme régulatrice dont l'activité est influencée  ( modulée ) par de nombreux effecteurs. Ce type d'enzyme dénommée enzyme allostérique  possède plusieurs sous-unités  et présente un poids moléculaire élevé  ( la phosphofructokinase a un poids moléculaire de 380000. La relation entre la vitesse de réaction et la concentration en substrat est complexe.

L'enzyme du muscle et de la levure requiert des ions K+ et NH4+pour son bon fonctionnement , ces ions diminuent le Km pour le fructose 6-phosphate et l'ATP

Le foie contient 2 formes isoenzymatiques de phosphofructokinase, une forme mineure mineure qui semble similaire à l'enzyme du muscle  et une forme et une forme majeure qui est protégée de la dénaturation thermique par un petit peptide.

La réaction est irréversible . L'hydrolyse du fructose 1,6 diphosphate est catalysée par une autre enzyme , la FRUCTOSE 1,6 DIPHOSPHATASE

Fructose 1,6 diph. + H2O ----->Fructose 6-P + Pi

delta Go' = -4Kcal/mole

K'équ = 650 

L'enzyme est un tétramère  ( sous unités non identiques ) de PM ~ 130000 présente dans le cytosol comme la phosphofructokinase. L'enzyme est  également allostérique , les effecteurs positifs étant les effecteurs négatifs de la phosphofructokinase et, l'inverse. On évite ainsi d'avoir un cycle futile d'ATP qui consomme de l'ATP (éviter le gaspillage)

Fructose 6 P + ATP  ----> Fructose 1,6 di-P + ADP

Fructose 1,6 di-P------> Fructose 6 P + Pi

--------------------------------------------------------------------------

ATP                 --------> ADP + Pi      

4. COUPURE DU FRUCTOSE  1-6 DIPHOSPHATE EN D-GLYCERALDEHYDE 3 PHOSPHATE ET DIHYDROXYACETONE-PHOSPHATE

La réaction est catalysée par la FRUCTOSE DIPHOSPHATE ALDOLASEqui a été cristallisée à partir du muscle de lapin.* C'est une coupure entre les carnones 3 et 4 du fructose 6-diP..   

 

 

1 14

* Trois isoenzymes distincts sont connues, respectivementissues du muscle ( aldolase A), du foie ( aldolase B) et aldolase C.. Les aldolases isolées des bactér(éries, des levures et des champignons requièrent un ion métallique , généralement  : Zn++, Cu++ ou Fe++

5. INTERCONVERSION DES 2 TRIOSES-PHOSPHATES

Seul le glycéraldéhide 3 phosphate est directement dégradé dans les étapes suivantes de la glycolyse. L'autre triose est transformé en glycéraldéhyde par une enzyme :la TRIOSEPHOSPHATE ISOMERASE

10004Note : au cours de cette réaction, les carbones 1,2,3 du glucose initial deviennent indiscernables des atomes 6,5,4.

Cette réaction termine la première phase de la glycolyse qui a consisté à couper le glucose en deux parties  après deux réactions de phosphorylation.

Etapes enzymatiques de la deuxième phase de la glycolyse

Ces étapes comprennent des oxydoréduction et des phosphorylation permettant la génération d'ATP.

6. OXYDATION DU GLYCERALDEHYDE 3-PHOSPHATE EN 3-PHOSPHOGLYCEROYL PHOSPHATE; 

1 15Diphosphoglycerate = Phosphoglycéroyl - phosphate

e symbole Pi représente ici le phosphate inorganique HPO42-, ou hydrogénophosphate.

L'enzyme allostérique catalysant cette réaction est le GLYCERALDEHYDE-3-PHOSPHATE DESHYDROGENASE.

 Le co-facteur d'oxydoréduction est le NAD

L'enzyme a été obtrenue dans un état hautement purifié à partir des muscles de lapin et de levure . Elle est constituée de quatre sous unités identiques, chacune contenant 330 acides aminés ; le poids moléculaire est de 140000.

La réaction est importante dans cette phase de la glycolyse, car l'énergie issue de l'oxydation de la fonction aldéhyde du glycéraldéhyde 3 phosphate va être conservée dans une liaison riche en énergie dans le produit de l'oxydation.

Ce phosphodérivé est très riche en énergie ( deltaG0' 1,3 diphosphoglycérate) plus négative que le deltaG0' de l'ATP ou potentiel de transfert  plus grand que celui de l'ATP

L'autre terme important de cette réaction est le NAD qui intervient comme accepteur d'électrons du groupe aldéhyde du glycéraldéhyde 3 P

La réaction détaillée est la suivante :

Réaction partielle exergonique  :  . RCHO + H2O +NAD+ <===> RCOOH + NADH + H+:deltaG0' = -10,3 KCal/mole

Réaction partielle endergonique : RCOOH + H3PO4 <====> RCOOPO3H2 + H2O:         deltaG0 = + 11,8 KCal/mole

Réaction totale endergonique :RCHO +NAD + H3PO4 <===> RCOOPO3H2 + NADH + H+ deltaG0 = + 1,5 KCal/mole

Le processus endergonique ( formation de la liaison riche en énergie)est rendue possible grâce au couplage avec un processus exergonique le précezdent

7. TRANSFERT DU PHOSPHATE DU 1,3 DIPHOSPHOGLYCERATE  SUR L'ADP

30004La réaction est très en faveur du sens gauche--->droite ; la réaction est exergonique -----> il y a conservation de l'énergie sous forme d'une molécule d'ATP par molécule de triose phosphate ( donc deux par glucose ). . Les enzymes du muscle et de l'érythrocyte sont distincts ( PM=50000)

Note : Dans l'érythrocyte, l'enzyme peut présenter une anomalie  ( remplacement [ substitution génétique ] d'une asparagine par une thréonine ) , l'enzyme ne peut catalyser la réaction de transfert de phosphate, celà conduit à une anémie hémolytique ( observation aux îles Samoa)

8. TRANSFORMATION DU 3 PHOSPHOGLYCERATE EN 2 PHOSPHOGLYCERATE

40004 

L'isoenzyme existe au moins chez les mammifère. L'enzyme du muscle chez l'adulte est très sensible aux ions Hg++

Dans l'érythrocyte , le mécanisme réactionnel implique l'existence d'un intermédiaire  présent en quantités plus importantes  que pour simplement intervenir dans la catalyse  de la glycolyse ; cet intermédiaire est le 2,3 DPG qui régule les propriétés de l'hémoglobine . La réaction supposée :

Enz-Phosphate + 3, Phosphoglycérate <===> Enz + 2,3 diphosphoglycérate  <===> Enz-Phosphate + 2 Phosphoglycérate. 

9. DESHYDRATATION DU 2 PHOSPHOGLYCERATE  EN PHOSPHOENOLPYRUVATE

C'est la seconde réaction qui va donner une liaison phosphate riche en énergie 

10002L'ENOLASE (PM. 85 à 88000 ) est un dimère de deux sous-unités identiques  ; des isoenzymes - selon l'origine du matériel -ont été observés. Le Mg++ forme un complexe avec l'enzyme avant la fixation du substrat . Bien qu'il ne s'agisse apparemment que du départ d'une molécule d'eau , on peut considérer la réaction comme une oxydation intra-moléculaire  : au cours de la réaction, le carbone 2 devient plus oxydé et le carbone 3 plus réduit.

- l'hydrolyse du 2 phosphoglycérate  --> deltaG0' = - 4,6 KCal/môle

- l'hydrolyse du phosphoenolpyruvate  --> deltaG0' = - 14,8 KCal/môle 

Le passage de l'une à l'autre molécule a donc modifié considérablement le potentiel de transfert  : en fait, le potentiel de transfert du groupe phosphate du produit est beaucoup plus est beaucoup plus élevé que celui du réactif . On a transformé une liaison phosphate à bas potentiel à une liaison phosphate à haut potentiel énergétique.

10 . TRANSFERT DU PHOSPHATE DU PHOSPHOENOLPYRUVATE  sur l'ADP.

1 16

La réaction est irréversible dans les conditions cellulaires, le Mg++ est indispensable au fonctionnement de l'enzyme . Le Ca++ agit de manière compétitive vis à vis du Mg++ et forme un complexe inactif . La présence de métaux alcalins  - en particulier de K+ - modifie la conformation de l'enzyme  et l'active, deux formes existent : L dans le foie et M dans le muscle.

C'est une enzyme allostérique activée par le fructose 1,6 diphosphate  et par le phosphoénolpyruvate , et inhibée par l'ATP , l'alanine et le citrate.

11. REDUCTION DU PYRUVATE EN LACTATE

10004 1Le pyruvate est réduit en lactate au cours d'une réaction pratiquement irréversible dans les conditions cellulaires

Chez les organismes supérieurs , la lacticodéshydrogénase existe sous 5 formes différentes , au moins  ( séparables par électrophorèse ). La réaction est couplée , la réaction est couplée à la réaction de phosphorylation du 3 phosphoglycéraldéhyde.

Le lactate, produit final de la glycolyse en anaérobiose , est excrété par diffusion simple . Un travail musculaire en l'absence d'oxygène provoque une libération d'acide lactique qui acidifie le milieu. Une fraction du lactate pourra être récupérée ultérieurement pour une néosynthèse de glucose.

Les molécules de la glycolyse

1. Le alpha-D-glucose :

2.Le alpha-D-glucose 6 Phosphate

3.alpha D fructose 6 phosphate

4. alpha D fructose diphosphate

5.D-glycéraldéhyde-3Phosphate et Dihydroxyacétome-phosphate

6) 1,3 Diphosphoglycérate

7. 3 Phosphoglycérate

8. 2 phosphoglycérate 

9. Phosphoénolpyruvate

10. Pyruvate, acide pyruvique

11.Lactate, acide lactique

 

10002 2

Tableau synoptique de la glycolyse

2 10 Bilan d'ATP

10006Bilan de NAD en aérobiose ( jusqu'au stade pyruvate )

2x(Glycéraldéhyde 3 P + NAD+ + Pi----> 1-3 diphosphoglycérate + NADH + H+) donne 2 NADH + 2 H+

Bilan en aérobiose ( jusqu'au stade pyruvate ) :Glucose + 2Pi +2ADP + 2NAD+ ---> 2 Pyruvates+ 2A¨TP + 2NADH + 2H+ + 2 H2

Etapes régulatrices

Etape 1 . Phosphorylation du alpha Dglucose par l'ATP  : étape régulatrice, l'hexokinase est inhibée par le glucose 6 P

Etape 3   Phosphorylation du alpha Dfructose par l'ATP : étape régulatrice , la 6 phosphofructokinase possède un site allostérique

Etape 10  Transfert du phosphate du phosphoénolpyruvate sur l'ADP : étape régulatrice : la pyruvate kinase est allostérique elle est activée  par le fructose 1,6 diphosphate  et le phosphoénolpyruvate , par contre elle est inhibée par l'ATP, l'alanine et le citrate

Glycolyse.gif

 

Notes :

La glycolyse est d'une importance cruciale pour l'organisme car c'est la voie principale du métabolisme du glucose. Elle est même l'unique source métabolique de l'énergie pour le cerveau, les muscles squelettiques se contractant rapidement ou les érythrocytes. Une fois produit, le pyruvate peut suivre plusieurs voies métaboliques suivant les conditions du milieu.

Le pyruvate produit par la glycolyse peut être utilisé de différentes manières : chez lez animaux, en présence d'oxygène, il est oxydé et produit de l'eau et du CO2. Si l'oxygène est en quantité limitée, il est converti en lactate ou éthanol.

  • Dans la plupart des tissus, quand l'oxygène est abondant, le pyruvate s'oxyde en perdant le groupe carboxyle sous forme de CO2, et l'unité à deux carbones restant rentre dans le cycle de l'acide citrique puis subit des phosphorylations oxydatives, dans un processus appelé respiration cellulaire.

Glycolyse-respiration.png

 

  • Sinon en absence d'oxygène, le pyruvate peut être réduit en lactate grâce à l'oxydation couplée du NADH+H+ en NAD+. Ce processus nommé fermentation lactique, se rencontre aussi chez certains micro-organismes, comme les bactéries lactiques utilisées dans la fabrication du yaourt.
  • Enfin, chez des micro-organismes comme les levures et dans les tissus de certaines plantes, le pyruvate peut être réduit en alcool éthylique (éthanol), là aussi avec oxydation couplée du NADH en NAD+. C'est la fermentation alcoolique.

 

 

 

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Date de dernière mise à jour : 01/02/2017