1. Définition
Elle consiste en l'oxydation progressive d'une
molécule de glucose à 6 carbones en deux molécules de pyruvate à 3 carbones.
Elle a pour but de transférer et de produire de l'énergie.
La glycolyse est la voie métabolique obligatoire pour conduire à
l'utilisation complète du glucose comme substrat énergétique.
2. Le transport du glucose
Le glucose, quelle que soit son origine (exogène ou endogène), est
apporté par la circulation sanguine aux organes nécessitant de l'énergie, comme
les muscles.
Pour entrer dans les cellules, le glucose sanguin solubilisé passe
par des protéines transmembranaires dites "protéines transporteurs".
Ces protéines de transport des sucres (glucose, galactose, fructose...)
apartiennent à la famille des GLUT: Glucose Transporter.
Il en existe 4 différentes : GLUT1 : GR, Glut
2 : foie et pancréas, Glut 3 : cerveau, Glut
4 : muscles et graisses.
C'est donc cette dernière catégorie qui nous intéresse. cette
glycoprotéine pése 55 kDa et comporte 12 passages transmembranaires
Ce système de passage ne nécessite pas d'énergie, c'est un système
de transport facilitatif, travaillant dans le sens du gradient de
concentration.
Or, la glycémie est d'environ 5mM (ce qui correspond à la Km de
Glut 4 pour le glucose) et la concentration intracellulaire et plus faible.
Donc le glucose y rentre facilement.
3. La glycolyse
Constituée de 10 étapes, elle comporte 10 protéines solubles dans
le cytosol, lieu de son déroulement.
Trois enzymes auront une action irréversible et limiteront donc
l'avancement de la glycolyse. Elle peut être divisée en deux phases
:
- une
premiére phase d'activation d'oses donc nécessitant de
l'énergie, de l'ATP
- une
seconde phase produisant de l'énergie par conversion de
trioses phosphates en composés riches en énergie qui vont transférer leur
groupement à de l'ADP pour former de l'ATP.
3.1. Activation du glucose
A son entrée dans la cellule, le glucose est phosphorylé sur
sa fonction alcool primaire en glucose-6-phosphate par une hexokinase,
la glucokinase, consommant un ATP.
Cette étape est irréversible, donc limitante.
3.2. Isomérisation du G-6-P
Le glucose-6-phosphate est isomérisé en son cétose, le fructose-6-phosphate,
par la phophohexose isomérase.
Cette réaction réversible permet la génération d'un groupement
phosphorylable sur le carbone 1.
3.3. Phosphorylation du F-6-P
La phosphofructose kinase (PFK1), en
consommant un ATP, ajoute un phosphate sur le carbone 1 du
fructose-6-phosphate.
Cette réaction irréversible limitante aboutit au fuctose-1,6-bisphosphate ("bis"
car séparé et non pas "di" pour ensemble comme dans l'ADP).
On a donc activé une molécule d'hexose par phosphorylation sur deux
fonctions alcools primaires, en consommant 2 ATP.
3.4.Clivage du F-1,6-bisP
L'aldolase clive donc la fructose-1,6-bisphosphate en deux trioses
phosphates activés : le glycéraldéhyde-3-phosphate et la dihydroxyacétone
phosphate.
Ces deux trioses sont interconvertibles par
l'action de la triose-phosphate isomérase.
3.5. Formation du premier composé riche en énergie
Le glycéraldéhyde va subir une étape l'essentielle (mais non
régulatrice/limitante) de la glycolyse. La glycéraldéhyde-3-phosphate
déshydrogénase permet la formation dupremier composé riche en
énergie : le 1,3-bisphophoglycérate, et la formation
d'équivalents réduits sous forme de NADH. La G-3-P déshydrogénase contient un
groupement thiol permettant la liaison du substrat en créant un thioester qui
sera libéré par clivage phosphorolytique (intervention de
phosphate minéral).
3.6. Phosphorylation d'un ADP
Le 1,3-bisphosphoglycérate à liaison anhydride mixte riche
transfère, grâce à une phosphoglycérate kinase, son groupement phosphate à un
ADP.
Cette phosphorylation liée au substrat aboutit au 3-phosphoglycérate.
Cette phosphorylation liée au substrat aboutit au 3-phosphoglycérate.
3.7. Mutation du 3-phosphoglycérate
Commence maintenant la synthèse d'un nouveau composé riche en
énergie, le phosphoénolpyruvate.
Le groupement phosphate du 3-phosphoglycérate va donc, par la
phosphoglyérate mutase, être transféré sur le carbone 2 pour former le 2-phosphoglycérate.
3.8. Déshydratation du 2-phosphoglycérate
Cette réaction sera catalysée par l'énolase, créant une nouvelle liaison
riche en énergie, donnant le phosphoénolpyruvate.
3.9. Phosphorylation d'un ADP
La pyruvate kinase transfère irréversiblement un groupement
phosphate du phosphoénol à un ADP formant le pyruvate, produit ultime de la
glycolyse.
3.10. Bilan
glucose + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP --> 2
pyruvate + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
3.11. Régulation
Trois réactions sont irréversibles et régulent la glycolyse.
Leurs enzymes sont donc soumises à des mécanismes, notamment
hormonaux, de régulation.
Sont concernées :
Sont concernées :
- l'hexokinase,
- la PFK 1,
- la
pyruvate kinase.
4. Métabolisme à partir du pyruvate
4.1. En l'absence d'oxygène
Le pyruvate reste dans le cytosol pour suivre la suite de la glycolyse
anaérobie. Celle-ci est définie comme un apport de glucose à une cellule
dont le produit final du métabolisme sera sa transformation en lactate.
Le pyruvate est transformé en L-lactate par la
L-lacticodéshydrogénase ayant le NADH pour coenzyme.
4.2. En présence d'oxygène
Le pyruvate va rentrer dans la mitochondrie pour suivre le cycle de
Krebs après sa transformation en acétyl-CoA.
C'est la glycolyse aérobie définie comme étant l'apport de glucose
à une cellule dont le produit final du métabolisme est le CO2.
Elle commence avec la décarboxylation du pyruvate
en acétyl-CoA au sein de la mitochondrie. La membrane interne
de la mitochondrie non perméable aux petites molécules présente le transporteur
du pyruvate.
La décarboxylation du pyruvate est une décarboxylation oxydative catalysée
par la pyruvate déshydrogénase. Il s'agit d'un complexe
multienzymatique formé de l'association de trois enzymes et coenzymes
:
- pyruvate
déshydrogénase et TPP
- dihydropolytransacétylase
et lipoate (intervention du CoA)
- dihydrolipodéshydrogénase
et FAD (intervention du NAD+)
5. Bilan global :
pyruvate + NAD+ + CoA --> acétyl CoA +
NADH + CO2.
