La Glycolyse

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 du premier 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.
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 :

*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 défini 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.