TRAVAUX DIRIGES

Filière Sciences de la Vie (SVI), semestre 4 Module : Enzymologie / Biochimie Métabolique

Pr LEBRAZI

TRAVAUX DIRIGES

« Métabolisme des Glucides » Séance 1

Département de Biologie

2019-2020

Exercice : Glycolyse – Cycle de Krebs - STE

Du glucose marqué en C1 et C2 respectivement par C13 et C14 est incubé avec les enzymes glycolitiques et les cofacteurs nécessaires.

a- Quel sera le marquage du pyruvate formé ? b- Résumer la glycolyse en une réaction.

c- Quelles sont les étapes de phosphorylation au niveau du substrat de la glycolyse ? Laquelle fait intervenir une réaction d’oxydo-réduction ?

d- Quelles sont les étapes soumises à régulation ? quelles sont les principales molécules régulatrices de la glycolyse ?

e- Que devient le NADH produit en aérobiose et en anaérobiose ?

f- Donner le bilan énergétique à cette étape de la dégradation en aérobiose et en anaérobiose.

g- Le pyruvate formé est ensuite dégradé dans le cycle de Krebs, quel sera le marquage des CO2 dégagés et de l’oxaloacétate formé à la fin du cycle ?

h- Donner le bilan énergétique de la dégradation complète d’une molécule de glucose (sachant que tous les coenzymes réduits formés sont réoxydés par le système de transfert d’électrons mitochondrial).

Exercice 1 :

Du glucose marqué en C1 (C*) et C2 (C*) respectivement par C13 et C14 est incubé avec les enzymes glycolitiques et les cofacteurs nécessaires.

a- Quel sera le marquage du pyruvate formé ?

On va suivre le marquage des 2 atomes de carbones du Glucose au cours de la voie glycolytique jusqu’au pyruvate.

Pour ça, on doit développer les formules chimiques de tous les métabolites intermédiaires depuis le glucose jusqu’au pyruvate.

Le marquage sera symbolisé par une étoile : (C*) = C13 et (C*) = C14.

On gardera ce marquage jusqu’à la fin de l’exercice

Phase 1 : Phase préparatoire Glycolyse

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On obtient :

- 3-Phospho Glycéraldéhyde (3-PGA) non marquée

- P-Dihydroxyacétone (PDHA) marquée en C1 (C*=C13) et C2 (C*=C14) C * ^{: C13}

C * : C14

Phase 2 : Phase de restitution d’énergie Glycolyse

- La suite de la glycolyse :

Avec la 1

molécule de 3-Phospho Glycéraldéhyde (3-PGA) non marquée :

- On obtient :

Une molécule du pyruvate non marquée

Phase 2 : Phase de restitution d’énergie Glycolyse

- La suite de la glycolyse :

Avec la 2ème molécule de 3-P Glycéraldéhyde (3-PGA) issue de l’isomérisation de la molécule de P-Dihydroxyacétone (PDHA) marquée en C1 (C*=C13) et C2 (C*=C14)

- On obtient :

Une molécule 3-PGA marquée en C2 (C* = C14) et C3 (C*=C13).

- Avant : Redisposition de la molécule de PDHA

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- Isomérisation de la molécule de PDHA en 3-PGA

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Phase 2 : Phase de restitution d’énergie Glycolyse

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- On obtient :

Une molécule de pyruvate marquée en C2 (C* = C14) et C3 (C*=C13).

b- Résumer la glycolyse en une réaction.

Glucose + 2 NAD

+ 2 Pi + 2 ADP 2 Pyruvates+ 2 NADH,H

+ 2 ATP + 2 H

O

c- Quelles sont les étapes de phosphorylation au niveau du substrat de la glycolyse ? Laquelle fait intervenir une réaction d’oxydo-réduction ?

- Le passage du 1,3 bis P-Glycérate en 3-P-Glycérate (formation d’1 ATP à partir de la liaison acyl-P riche en énergie)

- Le passage du PEP en Pyruvate (formation d’1 ATP à partir de la liaison énol-P riche en énergie)

- C’est la réaction du passage du 1,3 bis P-Glycérate en 3-P-Glycératequi a fait intervenir une réaction d’oxydo-réduction pour la création de la liaison acyl-P riche en énergie.

d- Quelles sont les étapes soumises à régulation ? quelles sont les principales molécules régulatrices de la glycolyse ?

Régulation de la glycolyse (1)

➢ Régulation allostérique :

Régulation de la glycolyse (2)

➢ Régulation hormonale :

▪ Insuline : active la dégradation glucose.

• En augmentant l’entrée du glucose dans les cellules (transporteurs GLUT-4).

• En augmentant la concentration du F 2,6 bisP (en stimulant le domaine Kinase PFK2 de l’enzyme bifonctionnelle « PFK2-FBP2 » hépatique par déphosphorylation).

• En induisant la synthèse : PK, PFK1, GK (et HK)

▪ Glucagon : effet antagoniste de l’insuline.

e- Que devient le NADH produit en aérobiose et en anaérobiose ?

- En aérobiose (présence d’oxygène) : présence des mitochondries

- En anaérobiose (dans le cytosol) :

- NADH, H+ cède ces électrons à la chaine des transferts d’électrons (STE) :

- NADH, H+ sert à réduire le pyruvate en lactate (fermentation lactique) :

CH

-CO-COO

+ NADH,H

CH

-CHOH-COO

+ NAD

f- Donner le bilan énergétique à cette étape de la dégradation en aérobiose et en anaérobiose.

- En aérobiose (présence d’oxygène) : présence des mitochondries

- NADH, H+ cède ces électrons à la chaine des transferts d’électrons (STE) : On aura 2 possibilités selon les auteurs (livres) :

- Possibilité 1 : Formation de 3 ATP/molécule de NADH (en cédant ses électrons au 1^er complexe de STE) « → Ceci est vrai pour certains auteurs »

- Possibilité 2 : Formation de 2 ATP/molécule de NADH (en cédant ses électrons au système navette (Glycérol 3-P / Dihydroxyacétone-P ayant comme coenzyme FAD) (Voir le schéma de la chaîne respiratoire expliquée en cours) (→ ceci est vrai pour d’autres auteurs).

- Le bilan énergétique à cette étape de la dégradation :

- 2 ATP de la glycolyse (voir réaction globale de la glycolyse)

- 2 NADH,H+ ➔ 2 x 3 ATP = 6 ATP (possibilité 1) ou 2 x 2 ATP = 4 ATP (possibilité 2) Au total : 2 ATP + 6 ATP = 8 ATP ou 2 ATP + 4 ATP = 6 ATP

- En anaérobiose (dans le cytosol) :

- NADH, H+ sert à réduire le pyruvate en lactate (fermentation lactique) :

- Le bilan énergétique à cette étape de la dégradation :

- 2 ATP de la glycolyse uniquement (voir réaction globale de la glycolyse)

g- Le pyruvate formé est ensuite dégradé dans le cycle de Krebs, quel sera le marquage des CO2 dégagés et de l’oxaloacétate formé à la fin du cycle ?

- Le pyruvate obtenu entre dans la mitochondrie. Il subit une décarboxylation oxydative catalysée par le complexe multienzymatique : la pyruvate déshydrogénase (PDH) constitué de 3 enzymes et fonctionnant avec la participation de 5 coenzymes (TPP, Lipoate, CoASH, FAD et NAD+)

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- On obtient :

Une molécule de d’acétyl-CoA marquée en C1 (C* = C14) et C2 (C*=C13).

- Cet acétyl-CoA va être dégradé dans le cycle de Krebs.

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* ^{(C* = C14)} _{(C*= C13)}

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A la fin du cycle, on obtient :

un Oxaloacétate (OA) Marquée

C1 (C14) C2 (C13) Et pas de CO2 marqué

Au début du 1^ercycle e Krebs, l’oxaloacétate est non marqué

Les 2 atomes de carbone

marqués de l’acétyl-CoA engagé dans le cycle de Krebs sont incorporés dans la nouvelle molécule de L’OA formée à la fin du cycle ,

Néanmoins, le cycle de Krebs est considéré comme une oxydation complète de l’acétyl-CoA.

h- Donner le bilan énergétique de la dégradation complète d’une molécule de glucose (sachant que tous les coenzymes réduits formés sont réoxydés par le système de transfert d’électrons mitochondrial).

- Etape 1 : Bilan de la glycolyse Glucose → 2 pyruvates :

- 2 ATP + 6 ATP de la réoxydation de NADH, H+ obtenu lors de la glycolyse (1ére possibilité de réoxydation)➔ 8 ATP

- Ou 2 ATP + 4 ATP de la réoxydation de NADH, H+ obtenu lors de la glycolyse (2^ème possibilité de réoxydation) ➔ 6 ATP

- Etape 2 : La décarboxylation oxydative des 2 pyruvates → 2 acétyl-CoA : - 2 NADH, H+ → 2 x 3 ATP = 6 ATP (réoxydation de NADH, H+ au niveau du

complexe I de STE)

- Etape 3 : Le bilan de l’oxydation complète des 2 acétyl-CoA :

1 acétyl-CoA → - 3 NADH, H+ → 3 x 3 ATP = 9 ATP (réoxydation de NADH, H+

au niveau du complexe I de STE)

- 1 FADH2 → 2 ATP = 2 ATP (réoxydation de FADH2 au niveau du complexe II de STE)

- 1 GTP équivalent d’1 ATP

Au total : 12 ATP

➔DONC, le bilan de 2 acétyl-CoA = 2 x 12 ATP = 24 ATP

CONCLUSION : le bilan de la dégradation complète d’1 molécule de glucose :

- Possibilité 1 : 8 + 6 + 24 = 38 ATP - Possibilité 2 : 6 + 6 + 24 = 36 ATP