GLUCONÉOGENÈSE: ÉTAPES (RÉACTIONS) ET RÉGULATION - CHIMIE - 2026

La gluconéogenèse est un processus métabolique qui se produit dans presque tous les êtres vivants, y compris les plantes, les animaux et divers types de micro-organismes. Il consiste en la synthèse ou la formation de glucose à partir de composés contenant du carbone qui ne sont pas des glucides, tels que les acides aminés, les glucogènes, le glycérol et le lactate.

C'est l'une des voies du métabolisme des glucides qui est anabolique. Il synthétise ou forme des molécules de glucose présentes principalement dans le foie et, dans une moindre mesure, dans le cortex des reins des humains et des animaux.

Voie métabolique de la glucogenèse. Les noms en bleu indiquent les substrats de la voie, les flèches en rouge les réactions uniques de cette voie, les flèches brisées indiquent des réactions de glycolyse, qui vont à l'encontre de cette voie, les flèches en gras indiquent la direction de la voie. Par BiobulletM, de Wikimedia Commons

Ce processus anabolique se produit en suivant la direction inverse de la voie catabolique du glucose, ayant différentes enzymes spécifiques aux points irréversibles de la glycolyse.

La gluconéogenèse est importante pour augmenter les taux de glucose dans le sang et les tissus en cas d'hypoglycémie. Il atténue également la diminution de la concentration en glucides lors de jeûnes prolongés ou dans d'autres situations défavorables.

caractéristiques

C'est un processus anabolique

La gluconéogenèse est l'un des processus anaboliques du métabolisme des glucides. Par son mécanisme, le glucose est synthétisé à partir de précurseurs ou de substrats constitués de petites molécules.

Le glucose peut être généré à partir de simples biomolécules de nature protéique, telles que les acides aminés glucogéniques et le glycérol, ce dernier provenant de la lipolyse des triglycérides dans le tissu adipeux.

Le lactate sert également de substrat et, dans une moindre mesure, d'acides gras à chaîne impaire.

Fournir des fournitures de glucose

La gluconéogenèse est d'une grande importance pour les êtres vivants et en particulier pour le corps humain. En effet, il sert à répondre dans des cas particuliers à la forte demande de glucose dont le cerveau a besoin (environ 120 grammes par jour).

Quelles parties du corps ont besoin de glucose? Le système nerveux, la moelle rénale, entre autres tissus et cellules, tels que les globules rouges, qui utilisent le glucose comme seule ou principale source d'énergie et de carbone.

Les réserves de glucose telles que le glycogène stockées dans le foie et les muscles sont à peine suffisantes pour une journée. Ceci sans tenir compte des régimes ou des exercices intenses. Pour cette raison, grâce à la gluconéogenèse, le corps est alimenté en glucose formé à partir d'autres précurseurs ou substrats non glucidiques.

En outre, cette voie est impliquée dans l'homéostasie du glucose. Le glucose ainsi formé, en plus d'être une source d'énergie, est le substrat d'autres réactions anaboliques.

Un exemple de ceci est le cas de la biosynthèse des biomolécules. Ceux-ci comprennent les glycoconjugués, les glycolipides, les glycoprotéines et les sucres aminés et autres hétéropolysaccharides.

Étapes (réactions) de la gluconéogenèse

Par AngelHerraez, de Wikimedia Commons

Route synthétique

La gluconéogenèse a lieu dans le cytosol ou cytoplasme des cellules, principalement du foie et dans une moindre mesure dans le cytoplasme des cellules du cortex rénal.

Sa voie de synthèse constitue une grande partie des réactions de glycolyse (voie catabolique du glucose), mais en sens inverse.

Cependant, il est important de souligner que les 3 réactions de glycolyse, irréversibles thermodynamiquement, seront catalysées par des enzymes spécifiques de la gluconéogenèse différentes de celles impliquées dans la glycolyse, ce qui permet aux réactions de se produire en sens inverse.

Ce sont spécifiquement ces réactions glycolytiques catalysées par les enzymes hexokinase ou glucokinase, phosphofructokinase et pyruvate kinase.

En passant en revue les étapes cruciales de la gluconéogenèse catalysée par des enzymes spécifiques, la conversion du pyruvate en phosphoénolpyruvate nécessite une série de réactions.

Le premier se produit dans la matrice mitochondriale avec la conversion du pyruvate en oxaloacétate, catalysée par la pyruvate carboxylase.

À son tour, pour que l'oxaloacétate participe, il doit être converti en malate par la malate déshydrogénase mitochondriale. Cette enzyme est transportée à travers les mitochondries jusqu'au cytosol, où elle est reconvertie en oxaloacétate par la malate déshydrogénase trouvée dans le cytoplasme cellulaire.

Action de l'enzyme phosphoénolpyruvate carboxykinase

Par l'action de l'enzyme phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK), l'oxaloacétate est converti en phosphoénolpyruvate. Les réactions respectives sont résumées ci-dessous:

Tous ces événements permettent la transformation du pyruvate en phosphoénolpyruvate sans intervention de la pyruvate kinase, qui est spécifique de la voie glycolytique.

Cependant, le phosphoénolpyruvate est transformé en fructose-1,6-bisphosphate par l'action d'enzymes glycolytiques qui catalysent ces réactions de manière réversible.

Action de l'enzyme fructose-1,6-bisphosphatase

La prochaine réaction qui fournit l'action de la phosphofructokinase dans la voie glycolytique est celle qui transforme le fructose-1,6-bisphosphate en fructose-6-phosphate. L'enzyme fructose-1,6-bisphosphatase catalyse cette réaction dans la voie gluconéogénique, qui est hydrolytique et est résumée ci-dessous:

C'est l'un des points de régulation de la gluconéogenèse, puisque cette enzyme nécessite du Mg ²⁺ pour son activité. Le fructose-6-phosphate subit une réaction d'isomérisation catalysée par l'enzyme phosphoglycoisomérase qui le transforme en glucose-6-phosphate.

Action de l'enzyme glucose-6-phosphatase

Enfin, la troisième de ces réactions est la conversion du glucose-6-phosphate en glucose.

Cela passe par l'action de la glucose-6-phosphatase qui catalyse une réaction d'hydrolyse et qui remplace l'action irréversible de l'hexokinase ou de la glucokinase dans la voie glycolytique.

Cette enzyme glucose-6-phosphatase est liée au réticulum endoplasmique des cellules hépatiques. Il a également besoin du cofacteur Mg ²⁺ pour exercer sa fonction catalytique.

Son emplacement garantit la fonction du foie comme synthétiseur de glucose pour répondre aux besoins des autres organes.

Précurseurs gluconéogéniques

Lorsqu'il n'y a pas assez d'oxygène dans le corps, comme cela peut arriver dans les muscles et les érythrocytes en cas d'exercice prolongé, une fermentation du glucose se produit; c'est-à-dire que le glucose n'est pas complètement oxydé dans des conditions anaérobies et donc du lactate est produit.

Ce même produit peut passer dans le sang et de là atteindre le foie. Là, il agira comme un substrat gluconéogène, car en entrant dans le cycle Cori, le lactate sera converti en pyruvate. Cette transformation est due à l'action de l'enzyme lactate déshydrogénase.

Lactate

Le lactate est un substrat gluconéogène important dans le corps humain, et une fois que les réserves de glycogène sont épuisées, la conversion du lactate en glucose aide à reconstituer les réserves de glycogène dans les muscles et le foie.

Pyruvate

D'autre part, par le biais de réactions qui constituent le cycle dit glucose-alanine, une transamination du pyruvate se produit.

Ceci se trouve dans les tissus extra-hépatiques, transformant le pyruvate en alanine, qui constitue un autre des substrats gluconéogéniques importants.

Dans des conditions extrêmes de jeûne prolongé ou d'autres troubles métaboliques, le catabolisme des protéines sera une source d'acides aminés glucogéniques en dernier recours. Ceux-ci formeront des intermédiaires du cycle de Krebs et généreront de l'oxaloacétate.

Glycérol et autres

Le glycérol est le seul substrat gluconéogène significatif issu du métabolisme lipidique.

Il est libéré lors de l'hydrolyse des triacylglycérides, qui sont stockés dans le tissu adipeux. Ceux-ci sont transformés par des réactions consécutives de phosphorylation et de déshydrogénation en phosphate de dihydroxyacétone, qui suivent la voie gluconéogénique pour former du glucose.

En revanche, peu d'acides gras à chaînes impaires sont gluconéogéniques.

Régulation de la gluconéogenèse

L'un des premiers contrôles de la gluconéogenèse est réalisé par une prise d'aliments à faible teneur en glucides, qui favorisent des taux normaux de glucose dans le sang.

En revanche, si l'apport en glucides est faible, la voie de la gluconéogenèse sera importante pour répondre aux besoins en glucose de l'organisme.

Il existe d'autres facteurs impliqués dans la régulation réciproque entre la glycolyse et la gluconéogenèse: les taux d'ATP. Lorsqu'elles sont élevées, la glycolyse est inhibée, tandis que la gluconéogenèse est activée.

Le contraire se produit avec les niveaux d'AMP: s'ils sont élevés, la glycolyse est activée, mais la gluconéogenèse est inhibée.

Il existe certains points de contrôle dans les réactions spécifiques catalysées par des enzymes dans la gluconéogenèse. Lequel? La concentration de substrats enzymatiques et de cofacteurs tels que Mg ²⁺, et l'existence d'activateurs tels que la phosphofructokinase.

La phosphofructokinase est activée par l'AMP et l'influence des hormones pancréatiques insuline, glucagon et même certains glucocorticoïdes.

Références

1. Mathews, Holde et Ahern. (2002). Biochemistry (3e éd.). Madrid: PEARSON
2. Wikibooks. (2018). Principes de biochimie / gluconéogenèse et glycogenèse. Tiré de: en.wikibooks.org
3. Shashikant Ray. (Décembre 2017). Régulation, mesures et troubles de la gluconéogenèse. Tiré de: researchgate.net
4. Gluconéogenèse.. Tiré de: imed.stanford.edu
5. Conférence 3-Glycolyse et gluconéogenèse.. Tiré de: chem.uwec.edu
6. Gluconéogenèse.. Tiré de: chemistry.creighton.edu