Du pyruvate aux accepteurs finaux d’électrons

Nous décrivons ici la sélection des marqueurs associés aux dernières étapes de la fermen-tation. Ce sont souvent des mécanismes de régénération des co-facteurs mais parfois aussi de production d’ATP.

Lactate. La fermentation du pyruvate en lactate permet la régénération de NADH en NAD⁺. Le lactate est excrété par la cellule.

Figure ^{2.23: Régénération du NADH par réduction du pyruvate en lactate. Tiré de} http: //www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY-5481&detail-level=4

La réaction associée est la R00703 : (S)-Lactate :NAD+ oxidoreductase. Le KO cor-respondant est le K00016.

Acétate. L’acétate est un acide gras à chaîne courte excrété par la cellule. La voie de l’acé-tate est associée à la production d’ATP. L’oxydation du pyruvate permet la production jointe d’acetyl-CoA et de CO2. Cette réaction nécessite donc de consommer des co-facteurs oxydés plutôt que de régénérer les co-facteurs réduits. La production d’Acétate et donc d’ATP est géné-ralement liée à la réalisation de réaction d’oxydation des co-facteurs. L’oxydation du pyruvate peut être réalisée par le NAD⁺; elle peut se faire par le biais des ferrédoxines que nous avons présentées plus haut. Les ferrédoxines permettent de transférer la réduction aux molécules de H₂ à condition que la pression partielle de ce gaz dans le milieu ne soit pas trop importante. Enfin le dernier mécanisme est lié à la production de formate que nous présentons dans paragraphe suivant.

Figure ^{2.24: Illustration de la production d’acétate à partir de pyruvate. Ici, le pyruvate} est oxydé par le biais du NAD⁺. Tiré de http://www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type= PATHWAY&object=PWY-5482&detail-level=4

Les réactions associées à cette voie sont les :

– R02569 : acetyl-CoA :enzyme N6-(dihydrolipoyl)lysine S-acetyltransferase le KO associé est le K00627. Cette réaction permet le passage du pyruvate à l’acetyl-CoA par reduction de NAD⁺.

– R01196 :pyruvate :flavodoxin/ferredoxin 2-oxidoreductase Les KO associé sont les K03737, K00169, K00169, K00170, K00171 et K00172. Cette réaction permet le passage du pyruvate à l’acetyl-CoA par reduction de férédoxines.

– R00230 :acetyl-CoA :phosphate acetyltransferase. Les KO associés sont les K04020, K00625, K15024 et K13788.

Formate. La production de formate est conjointe à la production d’acetyl-CoA, cette réaction ne s’accompagne pas de dégagement gazeux ni de réduction de cofacteur : le formate est la forme réduite du CO2 et est excrété par la cellule.

Figure ^{2.25: Production de formate lors de l’oxydation du pyruvate en}

acetyl-CoA. Tiré de http://www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=

PWY-5485&detail-level=4

La réaction associée est la R00212 : Acetyl-CoA :formate C-acetyltransferase. Le KO correspondant est le K00656.

Butanoate. Le Butanoate est un acide gras à chaîne courte excrété par la cellule. Sa produc-tion fait intervenir des réacproduc-tions associées à l’élongaproduc-tion des acide gras par ajout d’acetyl-CoA et les réactions considérées sont alors peu spécifiques. Sa production nécessite la présence de deux molécules d’acetyl-CoA qui produisent un acetoacetyl-CoA dont la réduction répétée per-met la production de Butanoyl-CoA et la régénération des co-facteurs nécessaire à l’obtention des acetyl-CoA. Enfin, les dernières étapes de cette voie permettent la production d’ATP et de Butanoate.

Figure2.26: Voie du Butanoate. Tiré de http://www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type= PATHWAY&object=CENTFERM-PWY

Les réactions sélectionnées sont les suivantes.

– R00238 :Acetyl-CoA :acetyl-CoA C-acetyltransferase. Le KO associé est le K00626. – R01174 : butanoyl-CoA :phosphate butanoyltransferase. Le KO associé est le

CoA-transferase. Nous présentons ici un cas particulier associé à la production jointe d’Acé-tate et de Butanoate dans le microbiote intestinal. Dans cette voie, deux molécules de pyruvates sont utilisées pour produire du butanoyl-CoA. Une transferase intervient alors permettant de transférer le groupement CoA à une molécule d’Acétate. Dès lors, c’est l’acetyl-CoA qui est phosphorylé avant de produire de l’ATP.

Figure^{2.27: Production d’acétate par transférase. Tiré de} http://www.metacyc.org/META/ NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY-5676

La réaction associée est la R01179 : butanoyl-CoA :Acétate CoA-transferase. Le KO correspondant est le K01034.

Propane-1,2-diol. L’acetoacetyl-CoA peut produire du propane-1,2-diol après réductions successives. Les KO associés sont peu spécifiques.

Figure ^{2.28: Production de Propane-1,2-diol. Tiré de} http://www.metacyc.org/META/ NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY-7466

La réaction associée est la R01366 : Acetoacétate carboxy-lyase pour laquelle le KO correspondant est le K01574.

Butane-diol. Le butane-diol est un accepteur final d’électron excrété par la cellule. Après condensation de deux molécules de pyruvate en acetolactate, ce métabolite est réduit entre 2 et 3 fois de façon plus ou moins stéréo-spécifique. Cette voie permet de régénérer les cofacteurs réduits de la glycolyse.

Figure^{2.29: Réductions successives de l’acetolactate en différents butane-diols. Tiré de}http: //www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type=PATHWAY&object=PWY-6396&detail-level=2

Les réactions sélectionnées sont les suivantes.

– R02855 : (R)-Acetoin :NAD+ oxidoreductase. Les KO associés sont les K00004 et K03666.

– R02946 : (R,R)-Butane-2,3-diol :NAD+ oxidoreductase. Les KO associés sont les K00004 et K03666.

– R10504 : meso-2,3-butanediol :NAD+ oxidoreductase. Les KO associés sont les K00004 et K03666.

Éthanol. L’éthanol est un accepteur final d’électron excrété par la cellule. La production d’éthanol permet de régénérer les co-facteurs de la glycolyse puisque sa synthèse à partir de pyruvate consomme 1 à 2 NADH selon le mode de production d’acetyl-CoA. Les enzymes associées ne sont pas spécifiques. Nous ne pouvons pas représenter cette voie métabolique.

Figure 2.30: Voie de l’ethanol. Tiré de http://www.metacyc.org/META/NEW-IMAGE?type= PATHWAY&object=PWY-6396&detail-level=2