La glycolyse : une voie essentielle du catabolisme

INTRODUCTION : Lyse du glucose qui se fait sans oxygène. La glycolyse est un ensemble de 10 réactions successives. Elle est découverte au XIXème siècles à l’occasion de l’étude de la fermentation alcoolique. On découvre plus tard que cette glycolyse s’effectue aussi au niveau des cellules musculaires striés. La glycolyse est la première voie métabolique entièrement élucidé au niveau des étapes enzymatique, et ceci en 1940. La glycolyse est un processus universelle, ce qui signifie que c’est une voie métabolique très ancienne, antérieure à la compartimentation cellulaire. Cette voie métabolique peut être exclusive (hématie ne respire pas, elle ne fait que glycolyser)

1. I)Méthode d’étude
   

1. •On effectue des expériences de marquage au 14C.
   

2. •On peut faire une expérience de blocage de certaines étapes et analyser les produits qui s’accumulent.
   

1. •1er exemple : Le 3-bromoacétol se lie au site actif de TPI de façon covalente et irréversible (c’est un analogue structurale du DHAP.)
   

3. •Plus récemment on peut utiliser la spectroscopie RMN (distinction possible des composés successifs).
   

2. II)Les principales étapes de la glycolyse
   

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1. 1. 1)Conversion du glucose en composés réactifs à fort potentiel d’hydrolyse.
      

2. 
   

3. •Deux choses importantes dans cette phosphorylation :
   

1. •Le glucose devient prisonnier de la cellule.
   

2. •Le glucose est énergisé.
   

4. 

   
   

5. •Isomérisation du G6P en F6P rend le composé plus instable. La phosphorylation par la PFK1 amène à une forme énergisée du F6P ( donc du 1,6bisP). Le 1,6BisP est un composé cyclisé et instable, il va se rompre à l’aide de l’aldolase et former du G3P et du DHAP (ce sont des trioses phosphates, beaucoup plus stables que le 1,6bisP.). Cette première étape consomme de l’ATP.
   

1. 3. 3)Etape clé de la glycolyse du point de vue énergétique
      

2. 
   

= Oxydation phosphorylante du glycéraldéhyde 3P en 1,3 bis Phosphoglycérate.

1. •Réaction d’oxydo réduction : G3P oxydé en 1,3BisPG
   

2. •L’énergie d’oxydation permet la formation de liaison acyle et de la réduction du NAD+ en NADH,H+
   

3. •Couplage direct grâce à une même enzyme :
   

1. •L’oxydation d’un groupe aldéhyde du substrat en carboxylate :
   

2. •La réduction du NAD+ en NADH,H+ (co-substrat) :
   

3. •Et la condensation d’un groupe phosphoryle (phosphorylation) sur ce même substrat :
   

4. 
   

ΔG°’ global : +6 kJ.mol-1

ΔG global : -1,5 kJ.mol-1

1. •Le couplage entre oxydation et phosphorylation permet de récupérer l’énergie libérée par l’oxydation sous 2 formes :
   

1. •1 liaison à haut potentiel de transfert de groupe phosphoryle
   

2. •1 coenzyme réduit = «monnaie» redox (NADH,H+)
   

2. 
   

4. 4)Restauration de la dette énergétique par recharge de molécules d’ATP
   

3. 
   

4. •Il y a déphosphorylation du 1,3BPG qui permet de récupérer 2 ATP. On obtient du 3PG ( = APG).
   

5. •Passage du phosphate sur le carbone 2 ➞ 2PG
   

6. •Grâce à l’énolase le 2PG se déshydrate en PEP et produit de l’eau.
   

7. •La pyruvate kinase transforme le PEP en pyruvate par déphosphorylation.
   

➞ récupération de 4 ATP.

3. III)Bilan et rendement de la glycolyse
   

1. •Une partie de l’enthalpie libre du CO₂ et récupérée sous forme de 2 molécules d’ATP et 2 molécules de NADH,H+.
   

2. •Une partie de l’enthalpie libre reste dans le pyruvate.
   

3. •Une partie est perdue sous forme de chaleur.
   

1. •Rendement de la glycolyse :
   

1. •On calcule l’énergie d’ATP formé par rapport à l’énergie d’un glucose.
   

2. •2% de l’énergie du glucose est récupérée sous forme d’ATP
   

2. •La glycolyse a un triple rôle :
   

1. •Fournir de l’ATP
   

2. •Fournir des composés à haut pouvoir réducteur. Poursuite possible de la dégradation du glucose est réoxydation en NAD+.
   

3. •Fournir des «blocs» de construction pour les synthèses (rôle amphibolique de la glycolyse)
   

3. 
   

4. IV)Le contrôle de la glycolyse
   

1. •Ce contrôle s’effectue à l’entrée, à la sortie, et au niveau des dérivations internes.
   

2. •Les enzymes qui catalysent des réactions irréversibles sont les cibles de ce contrôle :
   

1. •Hexokinase
   

2. •PFK1
   

3. •PK (pyruvate kinase)
   

3. 
   

1. 1)Le contrôle exercé par l’hexokinase
   

4. 
   

5. •Cf TD sur la comparaison hexokinase/glucokinase.
   

6. •hexokinase est une enzyme michaelienne. Le G6P est un inhibiteur de l’hexokinase, et le G6P est un témoin énergétique, il permet la retroinhibition de l’hexokinase. Il se produit donc un blocage de la glycolyse avant même son entrée dans la voie glycolytique.
   

7. •La glucokinase a pour fonction d’enlever le glucose du sang, de le phosphoryler et le stocker sous forme de glycogène. L’hexokinase a pour fonction de fournir aux cellules du G6P afin d’oxyder ce glucose pour produire de l’ATP.
   

1. 2. 2)Contrôle exercé par la phosphofructo kinase-1
      

2. 
   

3. •C’est une enzyme oligomérique, composé de 4 sous unités. Elle se trouve à un carrefour métabolique qu’elle contrôle. Elle contrôle en aval un carrefour métabolique qui se trouve en amont.
   

4. •Il y a un double contrôle :
   

1. •Par allostérie : contrôle par des témoins de charges énergétiques élevé, il y a un effet hétérotropique négatif qui s’exerce par l’ATP, le citrate et le PEP. Contrôle homotropique positif par le substrat lui même (G6P). Contrôle hétérotropique positif par l’ADP, Pi, l’AMP et par le fructose-2,6-bisP.
   

2. •Par phosphorylation / Déphosphorylation.
   

5. •Elle contrôle l’entrée du G6P soit vers la glycolyse ou vers la synthèse du glycogène (glycogénèse) ou encore vers la voie des pentoses-P.
   

1. 3. 3)Contrôle exercé par la pyruvate kinase
      

2. 
   

3. •Contrôle de la sortie de la glycolyse (double contrôle).
   

4. •Protéine allostérique tétramérique.
   

1. 1. • Effet homotropique positif du PEP
      

   2. • Effet hétérotropique négatif de ATP et acetyl-coA
      

   3. • Effet hétérotropique positif par Fructose-1,6-bisP
      

2. 
   

La forme PKb(P) nécessite un taux plus élevé de PEP que la forme PKa pour être activée : la phosphorylation diminue donc l’activité de la pyruvate kinase.

Le blocage de la PFK1 permet de stocker le G6P sous forme de glycogène

1. •Hexokinase bloque l’entrée du G6P dans la voie de la glycolyse. La PFK1 elle contrôle l’engagement du G6P dans 2 voies métaboliques soit au niveau de la synthèse de glycérol, soit dans la synthèse de pyruvate. La PK bloque la perte de chaînons carbonés par respiration dans le cycle de Krebs.