Glycolyse 171359 31503448 2008-07-11T19:02:18Z Luckas-bot 414968 robot Ajoute: [[th:ไกลโคไลซิส]] La '''glycolyse''' ({{lang|grc|γλῠκὖς}} glykýs « sucré » et {{lang|grc|λύσις}} lýsis « dissolution ») ou '''voie d'Embden-Meyerhof-Parnas''' se déroule dans le [[cytoplasme]] (ou cytosol) de la [[Cellule (biologie)|cellule]]. Comme son nom l'indique elle nécessite du [[glucose]]. Cette première étape produit du [[pyruvate]] qui sera par la suite soit consommé par le [[cycle de Krebs]] (après passage dans une [[mitochondrie]]) en aérobiose, soit par [[fermentation]] en anaérobiose, où il deviendra du lactate (ou acide lactique). La glycolyse est un mécanisme de régénération de l'[[Adénosine triphosphate|ATP]] qui se déroule en [[anaérobie]] (absence d'oxygène). Au cours de ce processus, on assiste à : *des [[réaction d'oxydo-réduction|réactions d'oxydo-réduction]] au cours desquelles un accepteur d'électrons ([[coenzyme]] [[Nicotinamide adénine dinucléotide|NAD]]) est réduit: ::NAD<sup>+</sup> + 2 H<sup>+</sup> + 2 e<sup>−</sup> → (NADH,H<sup>+</sup>) *des synthèses d'[[Adénosine triphosphate|ATP]] par phosphorylation de l'ADP (formation de 4 molécules d'ATP, mais consommation de 2, soit au total formation de 2 molécules d'ATP : 2 ADP + 2 P<sub>i</sub> → 2 ATP + 2 H<sub>2</sub>O). Le symbole P<sub>i</sub> représente ici le phosphate d'hydrogène H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> encore appelé [[phosphate|phosphate inorganique]]. La glycolyse se traduisant par la réduction de coenzymes, elle s'accompagne donc de l'oxydation de molécules organiques. On peut dire qu'elle correspond à l'oxydation du glucose en [[pyruvate]] : ::C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> + 2 NAD<sup>+</sup> → 2 CH<sub>3</sub>-CO-COOH + 2 (NADH,H<sup>+</sup>) couplée à ::2 ADP + 2 P<sub>i</sub> → 2 ATP + 2 H<sub>2</sub>O soit au total ::glucose + 2 ADP + 2 P<sub>i</sub> + 2 NAD<sup>+</sup> → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 (NADH,H<sup>+</sup>) + 2 H<sub>2</sub>O (dans la réaction ci-dessus, le terme « pyruvate » CH<sub>3</sub>-CO-COO<sup>-</sup> désigne en toute rigueur son [[acide conjugué]] l'acide pyruvique CH<sub>3</sub>-CO-COOH) == Étapes de la glycolyse == {| class="toccolours" align="center" | align="center" bgcolor="lightblue" | </div>'''Étapes de la glycolyse''' |- | {| border="0" style="font-size: 90%" align="center" | bgcolor="lightgreen" | [[Glucose]] | | | bgcolor="lightgreen" | [[Glucose-6-phosphate]] | | | bgcolor="lightgreen" | [[Fructose 6-phosphate]] | | | bgcolor="lightgreen" | [[Fructose 1,6-bisphosphate]] | | | bgcolor="lightgreen" | [[Dihydroxyacétone#Dihydroxyacétone phosphate|Dihydroxyacétone phosphate]] | | bgcolor="lightgreen" | [[Glycéraldéhyde 3-phosphate]] | | | | bgcolor="lightgreen" | [[Glycéraldéhyde 3-phosphate]] | | | |- | rowspan="3" align="center" | [[Image:D-glucose wpmp.png|45px]] | valign="bottom" | ATP | valign="bottom" | ADP | rowspan="3" align="center" | [[Image:alpha-D-glucose-6-phosphate wpmp.png|55px]] | valign="bottom" | | valign="bottom" | | rowspan="3" align="center" | [[Image:beta-D-fructose-6-phosphate wpmp.png|60px]] | valign="bottom" | ATP | valign="bottom" | ADP | rowspan="3" align="center" | [[Image:beta-D-fructose-1,6-bisphosphate wpmp.png|65px]] | valign="bottom" | | valign="bottom" | | rowspan="3" align="center" | [[Image:glycerone-phosphate wpmp.png|50px]] | | rowspan="3" align="center" | [[Image:D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png|50px]] | valign="bottom" | | valign="bottom" | | | rowspan="3" align="center" | [[Image:D-glyceraldehyde-3-phosphate wpmp.png|50px]] | valign="bottom" | NAD<sup>+</sup> '''+''' P<sub>i</sub> | valign="bottom" | NADH '''+''' H<sup>+</sup> |- | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow foward YYNN horiz med.png|43px]] | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png|35px]] | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow foward YYNN horiz med.png|43px]] | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png|43px]] | '''+''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png|35px]] | '''2''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible YYYY horiz med.png|35px]] |- | valign="top" | | valign="top" | | valign="top" | | valign="top" | | valign="top" | | valign="top" | | valign="top" | | valign="top" | | | valign="top" | | valign="top" | | | valign="top" | NAD<sup>+</sup> '''+''' P<sub>i</sub> | valign="top" | NADH '''+''' H<sup>+</sup> |} {| border="0" style="font-size: 90%" align="center" |- | | bgcolor="lightgreen" | [[1,3-Bisphosphoglycérate]] | | | | bgcolor="lightgreen" | [[Glycérate 3-phosphate|3-Phosphoglycérate]] | | | | bgcolor="lightgreen" | [[2-Phosphoglycérate]] | | | | bgcolor="lightgreen" | [[Phosphoénolpyruvate]] | | | | bgcolor="lightgreen" | [[Acide pyruvique|Pyruvate]] | | | | bgcolor="lightgreen" | [[Acetyl-CoA]] |- | | rowspan="3" align="center" | [[Image:1,3-bisphospho-D-glycerate wpmp.png|50px]] | valign="bottom" | ADP | valign="bottom" | ATP | | rowspan="3" align="center" | [[Image:3-phospho-D-glycerate wpmp.png|55px]] | valign="bottom" | | valign="bottom" | | | rowspan="3" align="center" | [[Image:2-phospho-D-glycerate wpmp.png|65px]] | valign="bottom" | | valign="bottom" | H<sub>2</sub>O | | rowspan="3" align="center" | [[Image:phosphoenolpyruvate wpmp.png|50px]] | valign="bottom" | ADP | valign="bottom" | ATP | | rowspan="3" align="center" | [[Image:pyruvate wpmp.png|35px]] | valign="bottom" | [[Coenzyme A|CoA]] '''+''' NAD<sup>+</sup> | valign="bottom" | NADH '''+''' H<sup>+</sup> '''+''' CO<sub>2</sub> | | rowspan="3" align="center" | [[Image:acetyl co-A wpmp.png|55px]] |- |'''2''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible YYYY horiz med.png|50px]] |'''2''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible NNNN horiz med.png|50px]] |'''2''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow reversible NYYN horiz med.png|50px]] |'''2''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow foward YYNN horiz med.png|45px]] |'''2''' | colspan="2" align="center" | [[Image:biochem reaction arrow foward YYNN horiz med.png|45px]] |'''2''' |- | | valign="top" | ADP | valign="top" | ATP | | valign="top" | | valign="top" | | | valign="top" | | valign="top" | H<sub>2</sub>O | | valign="top" | | valign="top" | | | valign="top" | | valign="top" | | |} |} === Activation des hexoses === ==== Synthèse du glucose-6-phosphate ==== * Cette réaction est irréversible. Elle est catalysée par une [[kinase]], soit une [[hexokinase]], non spécifique du [[glucose]] qui se trouve le plus souvent dans le muscle , soit une [[glucokinase]], spécifique du [[glucose]] . On signalera que ces deux enzymes ont un <math>K_m</math> différent avec pour valeur respective 0,1mM et 10mM en sachant que le km et proportionnellement réversible a l'affinité de l'enzyme . Ces deux enzymes sont [[Magnésium|Mg<sup>2+</sup>]] dépendantes. On localise la [[glucokinase]] 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'''). *(Dans les images ci-dessous, le symbole P dans un cercle noir représente un groupement -O-PO<sub>3</sub><sup>2-</sup>). La phosphorylation du glucose n'est pas spécifique de la glycolyse. Cette étape sert également de point de départ dans la [[voie des pentoses phosphates]] ou pour la glycogènogénèse. [[Image:Synthese glucose-6-phosphate.png|thumb|350px|center|Synthèse glucose-6-phosphate]] Remarque: toutes les reactions qui ont une variation d'energie libre importante sont irreversibles, et comme cette phosphorylation est énergétiquement très favorisée, la reaction est irreversible. C'est pourquoi cette enzyme est très régulée afin d'éviter l'emballement du système, à l'instar des deux autres étapes irréversibles de la glycolyse. ([[Phosphofructokinase]], [[Pyruvate kinase]]) Elle est notamment inhibée par son propre produit, le [[glucose-6-phosphate]] ([[rétrocontrôle]] négatif), et son expression génique est induite par l'insuline. == Isomérisation du glucose-6-phosphate == Il s'agit d'une [[isomérisation]], réaction réversible catalysée par une phosphohexose [[isomérase]] donnant, à partir de [[glucose-6-phosphate]] du [[fructose-6-phosphate]]. ==== Synthèse de fructose-1,6-biphosphate ==== Cette réaction, catalysée par une phosphofructo[[kinase]] (PFK) est irréversible et [[Magnésium|Mg<sup>2+</sup>]] dépendante. Cette enzyme catalyse la première étape qui soit spécifique de la glycolyse. Elle est très fortement régulée de manière [[allostérie|allostérique]] par l'ATP<sub>libre</sub> (l'ATP<sub>libre</sub> est la forme de l'ATP non complexé au magnésium), qui est le produit final "utile" de la glycolyse. Plus la concentration en ATP<sub>libre</sub> est importante, plus cette réaction est lente et, inversement, plus la concentration en ATP<sub>libre</sub> est faible, plus l'enzyme est active. Il s'agit d'un système [[cybernétique]] d'[[autocontrôle]] de la glycolyse. Plusieurs modéles mathématiques de la glycolyse ont été mis au point et montrent que cette étape est la plus importante de celles qui contrôlent le flux de la glycolyse. [[Image:Synthese fructose-1,6-dipho.png|thumb|center|350px|Synthèse de fructose-1,6-biphosphate]] 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-biphosphate]] (F26BP): En effet, la production de F26BP à partir du F6P a pour seule fonction de mettre en évidence une saturation de la voie en F6P ("trop plein"), car le F26BP n'a pas de devenir métabolique. Par allostérie, le F26BP active donc la phosphofructokinase afin de stimuler la consommation de F6P et ainsi empêcher sa propre formation. === Formation des trioses phosphates === ==== Formation du D-[[glycéraldéhyde-3-phosphate]] (GAP ou G3P) et du dihydroxyacétonephosphate (DHAP) ==== Cette réaction est réversible et catalysée par une aldolase (groupe des [[lyase]]s). (Le dihydroxyacétonephosphate est la molécule du bas). Il est possible de passer, de manière réversible, du D-[[glycéraldéhyde-3-phosphate]] (GAP) au dihydroxyacétonephosphate (DHAP) grâce à la triosephosphateisomérase. C'est la réaction inverse de la condensation aldolique.[[Image:Rupture fructose-1,6-diphos.png|thumb|center|350px|Rupture de fructose-1,6-diphosphate]] ==== Isomérisation des triosephosphates ==== Cette réaction est réversible (catalysée par une triosephosphate[[isomérase]]) mais la réaction suivante consommant du D-glycéraldéhyde-3-phosphate, l'équilibre est déplacé dans le sens de la synthèse de ce dernier. (Dans les images suivantes, le symbole P encerclé représente un groupement -PO<sub>3</sub><sup>2-</sup>). [[Image:Glycolyse etape5.png|center]] === Récupération de l'énergie === ==== Synthèse du 1,3-diphosphoglycérate ==== Cette réaction d'oxydoréduction, réversible et catalysée par une D-glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase ([[oxydo-réductase]]), conduit à la formation d'une liaison acylthioester à haut potentiel de transfert. Cette étape constitue le début de la seconde partie de la glycolyse. L'énergie contenue dans les liaisons à haut potentiel de transfert va être utilisé pour la synthèse de l'ATP. Les coenzymes sont réduits (gain d'électrons). Dans l'[[érythrocyte]], une réaction catalysée par une mutase produit du 2,3-diphosphoglycérate à partir du 1,3-diphosphoglycérate, un important effecteur [[allostérie|allostérique]] de l'[[hémoglobine]] (régulation de son affinité pour l'oxygène). Le 2,3-diphosphoglycérate est ensuite converti en 3-phosphoglycérate <u>sans</u> production d'une molécule d'ATP (relargage d'un phosphate inorganique) par la 2,3-diphosphoglycérate phosphatase, lequel suit la voie de la glycolyse. [[Image:Glycolyse etape6.png|center]] ==== Synthèse de 3-phosphoglycérate et récupération d'ATP ==== Il y a synthèse d'[[Adénosine triphosphate|ATP]] (récupération d'énergie), cette réaction, réversible, est catalysée par une phosphoglycératekinase ([[transférase]]). [[Image:Glycolyse etape7.png|center]] ==== Synthèse du 2-phosphoglycérate ==== Cette réaction, réversible, est catalysée par une phosphoglycératemutase (groupe des [[transférase]]s) . [[Image:Glycolyse etape8.png|center]] ==== Synthèse du phosphoénolpyruvate ==== Cette réaction, catalysée par une énolase (groupe des [[lyase]]s), réversible, conduit à la formation d'une liaison à haut potentiel de transfert (fonction énolphosphate), le phosphoénolpyruvate (PEP) au ΔG° = 51 kJ.mol<sup>-1</sup>. [[Image:Glycolyse etape9.png|center]] ==== Synthèse de [[pyruvate]] et récupération d'ATP ==== Le groupement phosphate et sa liaison à haut potentiel de transfert permettent par couplage la synthèse d'une molécule d'[[Adénosine triphosphate|ATP]]. Cette réaction, [[Magnésium|Mg<sup>2+</sup>]] dépendante et irréversible, est catalysée par une pyruvate[[kinase]]. [[Image:Glycolyse etape10.png|center]] == Bilan de la glycolyse == [[Image:Glycolyse.gif|center]] On utilise : * 1 mole de glucose * 2 moles de coenzymes oxydés * 2 moles d'ADP * 2 moles de P<sub>i</sub> (phosphate inorganique) Pour produire : * 2 moles de pyruvate * 2 moles de coenzymes réduits * 2 moles d'ATP * 2 moles d'eau on gagne également 4 protons(H<sup>+</sup>) : 2 lorsque 2NAD<sup>+</sup> DONNE 2NADH + 2H<sup>+</sup> ,1 lorsque glucose devient glucose-6-phosphate et 1 lorsque fructose-6-phosphate devient fructose-1,6-diphosphate. On a finalement produit 2 moles d'ATP pour lyser 1 mole de glucose. Ce bilan est faible. == Régulation de la glycolyse == La glycolyse est principalement régulée au niveau de 2 enzymes clés qui sont la [[phosphofructokinase|PFK-1]] et la [[pyruvate kinase]].<br/> ==== Régulation de la PFK-1 ==== La [[phosphofructokinase|PFK-1]] est régulée de façon [[allostérie|allostérique]]: *L'[[Adénosine triphosphate|ATP]] et le [[citrate]] agissent comme des inhibiteurs<br/> *L'[[Adénosine monophosphate|AMP]] et le F 2,6 di-P agissent comme des activateurs. La concentration en F 2,6 di-P est donc primordiale sur la glycolyse. Elle est régulée par la phosphofructokinase-2 dont l'activité sera différente selon son état de phosphorylation: *Par l'action du [[glucagon]] (hormone hyperglycémiante), elle sera phosphorylée et catalysera la réaction F 2,6 di-P + H<sub>2</sub>O -> F6P + Pi. Ainsi la concentration de F 2,6 di-P diminuera et la glycolyse sera ralentie.<br/> *Par l'action de l'[[insuline]] (hormone hypoglycémiante) elle sera déphosphorylée et catalysera la réaction F6P + ATP -> F 2,6 di-P + ADP. Ainsi la concentration de F 2,6 di-P augmentera et la glycolyse sera accélérée. ==== Régulation de la pyruvate kinase ==== La pyruvate kinase est régulée [[allostérie|allostériquement]] et ceci de façon ubiquitaire : *L'AMP et le [[Fructose 1,6-diphosphate|F 1,6 di-P]] sont des activateurs<br/> *L'ATP, l'[[Acétyl-coenzyme A|Acétyl-CoA]] et l'[[alanine]] sont des inhibiteurs. Au niveau du foie, elle est également régulée de façon covalente (par l'action d'[[hormones]]) *Le glucagon va phosphoryler cette enzyme pour l'inhiber<br/> *L'insuline va réaliser l'action inverse pour l'activer. == Réoxydation des coenzymes == Il est important de comprendre que la glycolyse cesse lorsque les coenzymes ne sont pas réoxydés sous la forme NAD<sup>+</sup>. Sans ces coenzymes, l'étape catalysée par l'enzyme D-glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase ne peut se produire, provoquant l'arrêt de la glycolyse. Il est donc crucial de régénérer ces coenzymes. Il existe deux voies métaboliques principales pour cela : l'une ne nécessite pas de [[dioxygène]], et est appelée [[fermentation]]. Il en existe de plusieurs sortes : [[Fermentation#Fermentation lactique|fermentation lactique]] (qui se produit dans le [[muscle]] non oxygéné), fermentation [[Acide butanoïque|butyrique]], [[Fermentation#Fermentation éthylique|alcoolique]]... L'autre voie de réoxydation des coenzymes nécessite le dioxygène, qui joue le rôle d'accepteur d'électron final, est est appelée [[respiration]], certains parlent de ''respiration cellulaire'' pour la différencier de la [[ventilation pulmonaire]], bien que les contextes d'utilisation ne prêtent pas à confusion. Elle a lieu au niveau de la [[chaîne respiratoire]] des [[mitochondries]] (phosphorylation oxydante). Le bilan énergétique de la glycolyse suivie de la respiration (36 ATP) est environ 20 fois plus élevé que celui de la glycolyse suivie de la fermentation (2 ATP pour la fermentation lactique). == Voir aussi == Autres voies de dégradation du glucose : * la [[voie des pentoses phosphates]] * la [[voie d'Entner-Doudoroff]] * [[Pyruvate]] * la voie inverse de la glycolyse, la [[néoglucogenèse]] == Liens externes == *[http://www2.ufp.pt/~pedros/bq/glycolysis.htm La logique chimique de la glycolyse (anglais)] {{Portail Biochimie}} {{lien AdQ|it}} [[Catégorie:Métabolisme]] [[Catégorie:Réaction organique]] [[Catégorie:Bioénergétique]] [[Catégorie:Glucide]] [[ar:تحلل سكري]] [[bg:Гликолиза]] [[ca:Glucòlisi]] [[cs:Glykolýza]] [[da:Glykolyse]] [[de:Glykolyse]] [[en:Glycolysis]] [[eo:Glikolizo]] [[es:Glucólisis]] [[et:Glükolüüs]] [[fi:Glykolyysi]] [[he:גליקוליזה]] [[hu:Glikolízis]] [[id:Glikolisis]] [[it:Glicolisi]] [[ja:解糖系]] [[ko:해당]] [[lb:Glykolys]] [[lt:Glikolizė]] [[mk:Гликолиза]] [[nl:Glycolyse]] [[no:Glykolyse]] [[pl:Glikoliza]] [[ps:ګلايکوليسېز]] [[pt:Glicólise]] [[ru:Гликолиз]] [[sl:Glikoliza]] [[sr:Гликолиза]] [[su:Glikolisis]] [[sv:Glykolys]] [[th:ไกลโคไลซิส]] [[tl:Glikolisis]] [[tr:Glikoliz]] [[zh:糖酵解]]