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Métabolisme des glucides
Anatomie
Université de Poitiers
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UE 1 – Pr. David
Chapitre 8 – Métabolisme des
glucides
I – Digestion des glucides et
glycolyse
La majorité des glucides apportés par l’alimentation existent sous forme de disaccharides (saccharose, lactose) ou de polysaccharides (amidon) mais seuls les monosaccharides (glucose) vont pouvoir pénétrer dans les cellules pour y apporter de l’énergie.
La 1ère étape est donc la digestion des glucides = hydrolyse de ces molécules qui donne des monosaccharides puis passage dans les entérocytes, et donc ensuite dans le sang (un peu comme les lipides).
Cette voie est commune à toutes les cellules de l’organisme. Ensuite, les sucres simples qui passent dans le sang sont adressés aux cellules utilisatrices et subissent la glycolyse = utilisation du glucose pour produire de l’énergie
(2ème étape) pyruvate dans le CK.
Sucre rapide : très vite clivé, donc absorption rapide (monosaccharide) Sucre lent : composés de polymères types amidon donc absorption plus lente
A – Digestion des glucides
Les molécules très ramifiées vont être hydrolysées pour donner des sucres simples.
Amidon (homopolymère de glucose) : ➢ Hydrolyse des liaisons α (1-4) : les liaisons α (1-4) sont rompues par l’action de l’α-amylase salivaire puis de l’α-amylase sécrétée par le pancréas exocrine. ➢ Hydrolyse des liaisons α (1-6) : action de l’α-glucosidase qui va libérer les molécules de glucose.
Saccharose : glucose + fructose action d’une saccharase. Lactose : galactose + glucose action d’une lactase (quand il nous manque de la lactase = intolérant au lait = lactose)
Une fois que ces sucres sont digérés, il faut qu’ils passent la barrière intestinale.
B – Absorption des oses
Les monosaccharides traversent l’entérocyte, pour rejoindre la circulation générale, de son pôle luminal (= apical) jusqu’à son pôle basal (pour passer de l’intestin au sang), ce passage se fait grâce aux transporteurs, il en existe 2 familles :
● SGLT (Sodium Glucose Transporter) : transport actif contre un gradient de concentration, ils ont une forte affinité pour le glucose (SGLT notamment) et permettent l’entrée du Glc au sein de l’entérocyte.
● GLUT (Glucose Transporter) (5-2) : transport facilité dans le sens du gradient donc faible affinité pour le glucose, permettent sa sortie GLUT- 2 coté basal dans le sang.
SGLT-1 puis GLUT-2 pour le glucose GLUT-5 puis GLUT-2 pour le fructose
Une fois que ce glucose est passé dans le sang, il circule librement (car hydrophile) et, pour être utilisé, il doit subir la glycolyse qui va le transformer en acide pyruvique.
Cette voie cytosolique est présente dans toutes les cellules et permet la production d’énergie sous forme d’ATP (à partir de glucose).
Étape 2 :
Ce fructose 1-6 bisphosphate va être clivé en deux trioses par une aldolase : - Glycéraldéhyde-3-phosphate - Dihydroxyacétone phosphate
→ Ces deux trioses sont interconvertibles par une phosphotriose isomérase (permet de convertir le glycéraldéhyde... en dihydro...)
Dès lors toutes les réactions seront multipliées par 2.
C’est ensuite le glycéraldéhyde 3-phosphate qui va être utilisé par la glycolyse.
Étape 3 :
Le glycéraldéhyde-3-phosphate va ensuite être converti en 1,3- bisphosphoglycérate par la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase phosphorylations. Cette enzyme utilise le NAD+ et un Pi comme co-enzyme.
Puis la phosphoglycérate kinase va former une molécule d’ATP et un 3- phosphoglycérate déphosphorylation. Cette réaction est réversible.
Le phosphate va, sous l’action d’une phosphoglycérate mutase, être transféré en position 2 pour donner du 2-phosphoglycérate.
Il va subir une déshydratation sous l’action d’une énolase, pour donner un phosphoénolpyruvate.
Le lactate sort de la cellule grâce à un transporteur spécifique MCT (monocarboxylate transporter) et rejoint la circulation sanguine.
Cette réduction du pyruvate permet la réoxydation du NADH produit lors de la réaction catalysée par la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase. Cela permet d’assurer le flux glycolytique lors d’un apport de glucose en anaérobiose (en absence d’O 2 )
- Conditions aérobies
o Le pyruvate (produit au cours de la glycolyse) va rentrer dans la mitochondrie et devenir le substrat pour le Cycle de Krebs qui va produire de l’énergie. o Ce pyruvate, pour rentrer dans le cycle de Krebs va être transformé en acétyl-CoA sous l’action de la pyruvate-déshydrogénase (associé à une libération de CO 2 ) : carboxylation et déshydrogénation o Cet acétyl-CoA va soit donner des acides gras (avec malonyl CoA), soit rentrer dans le cycle de Krebs pour donner de l’énergie.
Acétyl-CoA plaque tournante du métabolisme car intermédiaire entre le métabolisme glucidique et lipidique (il produit des AG mais peut aussi être généré par ces AG). Utilisation soit des sucres, soit des graisses pour fournir l’énergie nécessaire de l’organisme.
Il peut y avoir formation directement d’oxaloacétate grâce à la pyruvate carboxylase, qui lui permet de rentrer de façon indirecte dans le cycle de Krebs et joue un rôle dans la néoglucogenèse.
Le pyruvate peut donner de l’éthanol dans des conditions de fermentation.
D – Régulation de la glycolyse
En fonction des besoins en énergie de la cellule, elle va être plus ou moins activée.
Elle est donc régulée par la :
- Disponibilité du glucose qui dépend de la glycémie (taux de sucre absorbé par l’alimentation) et du transport du glucose vers la cellule (s’il n’y a pas de glucose dans le sang, pas de glycolyse).
- Rôle des transporteurs : pour que le glucose rentre il faut des transporteurs GLUT, au niveau des cellules périphériques comme le muscle et le tissu adipeux, ces GLUT sont sous le contrôle de l’insuline (favorise la pénétration du glucose dans la cellule) (essentiellement GLUT4)
Il existe aussi des transporteurs GLUT (essentiellement GLUT2) au niveau du foie et du pancréas mais qui ne sont pas régulés par l’insuline.
- Régulation enzymatique : dans la glycolyse, 3 réactions sont irréversibles et constituent des étapes régulatrices, les enzymes responsables de ces étapes sont soumises à une régulation : ● L’hexokinase (Glucose en G6P) : permet la transformation du glucose en glucose-6-phosphate ● La phosphofructokinase 1 (F6P en F1,6 BisP) : fructose-6-phosphate en fructose-1,6-biphosphate ● La pyruvate kinase (Phosphoénolpyruvate (PEP) en pyruvate) : phosphoénol pyruvate en pyruvate.
Les graisses sont beaucoup plus énergétiques que les sucres (la glycolyse fournie très peu d’énergie comparément à la biosynthèse des AG notamment).
III – Cycle de Krebs, cycle de l’acide
citrique, cycle des acides
tricarboxyliques
Carrefour du métabolisme intermédiaire, découvert par l’équipe de M. Krebs dans les années 30, il relie pratiquement toutes les voies du métabolisme. Il se compose de réactions séquentielles formant un cycle et se déroule en aérobiose dans la matrice mitochondriale.
C’est la voie commune de l’oxydation des molécules d’acétyl-CoA provenant du catabolisme des glucides, des lipides et des protéines alimentaires.
Ce cycle joue un rôle dans l’anabolisme car il permet le passage de certains intermédiaires du cycle vers/dans les voies de biosynthèse du glucose, des AA, des AG et de l’hème.
Certains intermédiaires sont indispensables pour alimenter le cycle, pour que celui-ci ne s’arrête pas : pour les produire en plus grandes quantité → réactions anaplérotiques.
A – Les étapes du cycle
Ces réactions peuvent être groupées en 2 grandes parties : ● La 1ère qui consiste à former du succinate ● La 2nde qui permet de régénérer l’oxaloacétate utilisé lors de la 1ère réaction
Étape 1 : condensation de l’acétyl-CoA et de l’oxaloacétate : formation du citrate
L’initiation du cycle résulte de la condensation d’un acétyl-CoA (C2) avec un oxaloacétate (C4) pour donner un citrate (C6), d’où le terme de cycle des acides tricarboxyliques ou de l’acide citrique. Cette condensation se fait sous l’action
d’une citrate synthase.
Étape 2 : isomérisation de l’acide citrique
Sous l’action d’une aconitase, le citrate est isomérisé en cis–aconitase très instable puis en isocitrate asymétrique.
Étape 3 : décarboxylations oxydatives de l’isocitrate
Formation de NADH 2 et régénération de l’oxaloacétate. = C4 asymétrique va donner un fumarate avec la formation de double liaison, va subir une hydratation et va donner du L-malate, puis déshydrogénation pour donner du oxaloacétate
B – Bilan énergétique
C – Régulation du cycle de Krebs
Régulation due à la disponibilité en substrat, en coenzymes, à la régulation allostérique de plusieurs enzymes.
1 – La disponibilité en acétyl-CoA
Il vient de la glycolyse via le pyruvate (qui lui-même donne de l’acétyle CoA) et de la β-oxydation des acides gras (hélice de Lynen) : c’est une molécule-clef du métabolisme.
Il est capable de réguler lui-même son entrée dans le cycle de Krebs, car il est lui-même le régulateur allostérique de certaines enzymes : c’est un auto- régulateur.
Il peut réguler sa propre formation à partir du pyruvate car c’est un inhibiteur de la pyruvate déshydrogénase (pyruvate en acétyl-CoA).
Il stimule la pyruvate carboxylase (pyruvate en oxaloacétate) et la citrate synthase (1ère enzyme du cycle, permet la condensation de l’acétyl-CoA avec l’oxaloacétate).
2 – Régulations enzymatiques
Il existe également des régulations enzymatiques, liées la production d’énergie.
La vitesse du cycle est liée à la chaîne respiratoire mitochondriale qui permet la régénération des CoE (FAD+, NAD+) et elle est liée aux besoins énergétiques de la cellule (rapport ATP/ADP, présence ou non d’ATP).
3 enzymes catalysent des réactions irréversibles et sont donc au centre de la régulation : l’isocitrate déshydrogénase, la citrate synthase et l’α-cétoglutarate déshydrogénase.
Première étape du cycle, elle est stimulée par son propre substrat (acétyl-CoA) et, à l’inverse, les produits du cycle de Krebs sont des régulateurs négatifs de la citrate synthase → s’il y a suffisamment d’énergie cela ne sert plus d’en produire.
→ α-cétoglutarate déshydrogénase
Elle est inhibée par le produit de réaction succinyl-CoA et NADH, H+. Comme toujours, l’enzyme est inhibée par son produit de réaction pour pas en produire trop.
D – Variantes du Cycle de Krebs
Certains intermédiaires sont utilisés pour d’autres réactions de synthèse. Pour que le cycle de Krebs ne s’arrête pas, il faut donc l’approvisionner directement par les réactifs nécessaires, réactifs fournis par les réactions anaplérotiques (ou variantes au CK).
1 – Production d’oxaloacétate
➢ Formation de l’oxaloacétate par carboxylation du pyruvate
L’oxaloacétate peut être issu directement du pyruvate sous l’action d’une pyruvate carboxylase. Le but est de fournir de l’oxaloacétate (en C4) en plus grande quantité pour que le cycle puisse tourner plus rapidement.
⇨ L’acétyl-CoA stimule cette enzyme qui permet la synthèse d’oxaloacétate. ⇨ Le pyruvate peut provenir du glucose ou de la dégradation de certains acides aminés (ala, ser, cys) à 3 atomes de carbones.
➢ Formation de l’oxaloacétate par transamination à partir de
l’aspartate
ASAT (ASpartate AminoTranférase) : l’aspartate peut donner sa fonction amine à un acide α-cétoglutarique pour former un oxaloacétate (perte du NH 2 = passage du NH 2 sur un autre AA pour donner un autre AA).
ASAT et ALAT : traduisent l’état du foie. Cette enzyme permet de vérifier si le foie n’est pas en cytolyse.
➢ Par oxydation du malate (cf. cours sur la néoglucogenèse)
2 – Production d’α-cétoglutarate
L’α-cétoglutarate peut être produit directement par désamination du glutamate par le glutamate déshydrogénase, enzyme provenant des
mitochondries du foie.
3 – Production de succinyl-coA
Le succinyl-CoA peut rentrer directement dans le cycle de Krebs suite à l’oxydation des acides gras à nombre impair de carbone (propionyl CoA succinyl CoA).
Certains acides aminés peuvent aussi donner le succinyl-CoA : méthionine, valine, isoleucine.
Métabolisme des glucides
Matière: Anatomie
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