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6.4 : Gluconéogenèse - Biologie


La contrepartie anabolique de la glycolyse est la néoglucogenèse, qui se produit principalement dans les cellules du foie et des reins. Dans sept des onze réactions de la néoglucogenèse (à partir du pyruvate), les mêmes enzymes sont utilisées que dans la glycolyse, mais les sens de réaction sont inversés. Notamment, les valeurs (Delta)G de ces réactions dans la cellule sont généralement proches de zéro, ce qui signifie que leur direction peut être facilement contrôlée en modifiant les concentrations de substrat et de produit.

Les trois enzymes régulées de la glycolyse catalysent toutes des réactions dont les valeurs (Delta)G ne sont pas proches de zéro, ce qui rend la manipulation de la direction de la réaction non triviale. Par conséquent, les cellules utilisent des réactions de « contournement » catalysées par quatre enzymes différentes pour favoriser la gluconéogenèse, le cas échéant.

Deux des enzymes (pyruvate carboxylase et PEP carboxykinase -PEPCK) catalysent des réactions qui contournent la pyruvate kinase. La F1,6BPase contourne la PFK et la G6Pase contourne l'hexokinase. Notamment, la pyruvate carboxylase et la G6Pase se trouvent respectivement dans les mitochondries et le réticulum endoplasmique, tandis que les deux autres se trouvent dans le cytoplasme avec toutes les enzymes de la glycolyse. En conséquence, toute la glycolyse et la majeure partie de la gluconéogenèse se produisent dans le cytoplasme. Le contrôle de ces voies devient alors d'une importance critique car les cellules doivent généralement minimiser la mesure dans laquelle les voies anaboliques et cataboliques appariées se produisent simultanément, de peur qu'elles ne gaspillent de l'énergie et ne produisent aucun produit tangible, à l'exception de la chaleur. Les mécanismes de contrôle de ces voies fonctionnent, à certains égards, de manière opposée, appelée régulation réciproque (voir ci-dessus).

Outre la régulation réciproque, d'autres mécanismes aident à contrôler la néoglucogenèse. Premièrement, PEPCK est contrôlé en grande partie au niveau de la synthèse. La surexpression de PEPCK (stimulée par le glucagon, les glucocorticoïdes et l'AMPc et inhibée par l'insuline) provoque des symptômes de diabète. La pyruvate carboxylase est séquestrée dans la mitochondrie et est sensible à l'acétyl-CoA, qui est un activateur allostérique. Les concentrations d'acétyl-CoA augmentent à mesure que l'activité du cycle de l'acide citrique diminue. La glucose-6-phosphatase est présente à de faibles concentrations dans de nombreux tissus, mais se trouve le plus abondamment et surtout dans les principaux organes gluconéogènes - le foie et le cortex rénal.


Transport cellulaire du glucose et manipulation du glucose pendant le développement fœtal et néonatal

Transporteur de glucose 4

GLUT4 est principalement exprimé dans les tissus adultes qui présentent un transport de glucose stimulé par l'insuline, tels que le tissu adipeux et le muscle squelettique et cardiaque. 49 De faibles niveaux sont également exprimés dans le cerveau fœtal de rat. 72 Par rapport à l'adulte, peu de GLUT4 est exprimé dans le muscle fœtal 47 et la graisse brune, 73 et les niveaux n'augmentent que bien après la naissance. 43,45,73

La séquence de GLUT4 humaine est hautement conservée, et 95 % et 96 % d'identité existe entre les séquences de GLUT4 humain et de rat ou de souris. 74 GLUT4 contient des séquences uniques dans ses domaines cytoplasmiques N- et C-terminaux qui dirigent sa capacité caractéristique de trafic membranaire. GLUT4, contrairement à d'autres GLUTs facilitatifs, est principalement localisé au niveau intracellulaire à l'état non stimulé et est redistribué de manière aiguë à la membrane plasmique en réponse à l'insuline et à d'autres stimuli. 74,75

Le transport du glucose dans les tissus sensibles à l'insuline a reçu une attention considérable en raison de l'importance de ce processus dans le maintien de l'élimination du glucose du corps entier chez l'adulte. L'étape de transport limite la vitesse d'absorption du glucose dans les graisses et les muscles dans la plupart des conditions. 76,77 Un rôle central de GLUT4 dans le métabolisme du corps entier est fortement soutenu par une variété de modèles de souris génétiquement modifiés. Les souris hétérozygotes GLUT4+/- qui présentent une diminution de la protéine GLUT4 dans les muscles et le tissu adipeux sont résistantes à l'insuline et développent un diabète plus tard dans la vie. 78,79


Régulation de la néoglucogenèse hépatique par compartimentation rapide des nucléotides d'adénine mitochondriale chez le lapin nouveau-né

1. Dans le foie de lapin nouveau-né, la taille du pool de nucléotides d'adénine mitochondriale (ATP + ADP + AMP) est passée de 6,4 ± 0,4 à 14,5 ± 0,7 nmol/mg de protéine mitochondriale dans les 2 heures suivant la naissance.

2. La néoglucogenèse (à partir du lactate) dans les hépatocytes isolés est passée de 13,1 ± 1,9 à la naissance à 42,3 ± 2,4 nmol glucose/min/10 7 cellules à 2 h.

3. La carboxylation du pyruvate dans les mitochondries isolées a augmenté en parallèle de 42,8 ± 4,9 à la naissance à 108,6 ± 8,2 nmol H 14 CO3 − /min/mg de protéine mitochondriale à 2 h.

4. Le développement temporel similaire de ces trois phénomènes a suggéré que l'augmentation rapide de la néoglucogenèse pourrait être le résultat d'une disponibilité accrue des nucléotides d'adénine pour l'enzyme mitochondriale nécessitant l'ATP, la pyruvate carboxylase.

5. Manipulation de la taille du pool de nucléotides d'adénine mitochondriale in vitro a entraîné des changements prévisibles dans le taux de pyruvate carboxylation.

6. Nous avons conclu que l'augmentation postnatale de la teneur en nucléotides d'adénine mitochondriale stimule la carboxylation du pyruvate, provoquant ainsi une augmentation rapide du taux de néoglucogenèse.


Voie biosynthétique de la néoglucogenèse | Respiration

En partant du glucose et en terminant par le pyruvate, il y a dix étapes de réaction dans la glycolyse. Dans le sens de la gluconéogenèse, la plupart des étapes réactionnelles dans la séquence inverse du pyruvate au glucose sont catalysées par les enzymes de la séquence glycolytique, et procèdent ainsi par l'inversion des étapes employées dans la glycolyse.

Il existe cependant trois étapes irréversibles dans la voie glycolytique qui ne peuvent pas être utilisées dans le sens de la néoglucogenèse, c'est-à-dire la conversion du pyruvate en glucose.

Or, les réactions de glycolyse et de gluconéogenèse diffèrent dans ces étapes catalysées par l'hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase. En fait, la gluconéogenèse nécessite à ces points le long de la voie inverse trois enzymes différentes, qui sont thermodynamiquement favorables dans le sens de la synthèse.

Dans la germination des graines oléagineuses, la voie glycolytique peut opérer dans le sens inverse avec la formation de sucre hexose à partir de PEP.

Ce processus métabolique de conversion des lipides en glucides est une caractéristique essentielle des plantes à graines oléagineuses, qui stockent une grande partie de l'énergie sous forme de graisse plutôt que d'amidon. Cela commence par la production d'acétyl CoA à travers les réactions d'oxydation des acides gras. Cet acétyl CoA entre ensuite dans un cycle de Krebs modifié (c'est-à-dire un cycle de glyoxylate) dans les mitochondries pour produire de l'oxaloacétate.

Ainsi, la première étape de la néoglucogenèse est la conversion de l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate par la PEP carboxykinase selon la réaction :

Etant donné que l'inversion directe de la réaction de la pyruvate kinase vers la conversion du pyruvate en PEP ne peut pas se produire compte tenu de sa nature irréversible, une telle réaction alternative est utilisée. En effet, la PEP carboxykinase a une très faible affinité pour le CO2, l'enzyme n'est donc biologiquement active que dans le sens de la formation de PEP.

Le phosphoénolpyruvate généré à partir du pyruvate par la réaction alternative ci-dessus est converti en fructose-1,6-bisphosphate en suivant six réactions enzymatiques de glycolyse dans l'ordre inverse, commençant par enlace et se terminant par FBP aldolase, qui fonctionnent toutes de manière réversible à la fois dans la glycolyse et la gluconéogenèse .

La huitième étape suivante de la néoglucogenèse ne peut pas fonctionner avec l'enzyme glycolytique phosphofructokinase car elle catalyse une réaction irréversible :

Cette enzyme ne fonctionne pas en sens inverse à cause d'un ΔG 0 défavorable. Dans la néoglucogenèse, cette étape est catalysée par une autre enzyme, la fructose-1,6-bisphosphatase.

Il s'agit d'une enzyme allostérique, qui est inhibée par un ampli modulateur négatif et stimulée par des modulateurs positifs 3-PGA et citrate. Dans l'étape suivante, le fructose-6-phosphate peut être facilement converti en glucose-6-phosphate par l'enzyme glucose phosphate isomérase, qui est essentiellement réversible et fonctionne à la fois dans la glycolyse et la gluconéogenèse.

La dernière étape impliquant la déphosphorylation du glucose-6-phosphate pour régénérer le glucose libre ne peut pas fonctionner par inversion de l'enzyme hexokinase, qui est irréversible. Au lieu de cela, cela est provoqué par l'enzyme hydrolytique, la glucose-6-phosphatase, qui est exergonique et irréversible.

En effet, la question de savoir si le glucose subira une dégradation dans la glycolyse ou s'il sera synthétisé dans la gluconéogenèse dépend évidemment du besoin de la plante à n'importe quel stade particulier de son cycle de vie. Étant donné que les deux processus sont confinés au cytosol, un mécanisme de contrôle doit être utilisé pour que le flux de carbone fonctionne soit dans le sens descendant, soit dans le sens ascendant.


Néoglucogenèse vs glycolyse - enzymes clés

Étapes de la néoglucogenèse

La voie de la néoglucogenèse utilise de nombreuses, mais pas toutes, les enzymes de glycolyse.

Les réactions communes à la glycolyse et à la néoglucogenèse sont les réactions réversibles.

Deux de ces étapes irréversibles sont les deux réactions d'activation de la glycolyse nécessitant de l'ATP catalysées par la glucokinase et la phosphofructokinase-1. Ils sont contournés par la glucose 6-phosphatase et la fructose 1,6-bisphosphatase, respectivement.

La troisième étape irréversible de la glycolyse est la deuxième réaction génératrice d'ATP, qui est catalysée par la pyruvate kinase.

La voie de la néoglucogenèse utilise les réactions catalysées par la pyruvate carboxylase et la phosphoénolpyruvate carboxykinase pour contourner la réaction irréversible de la pyruvate kinase de la glycolyse.

Vidéo - Néoglucogenèse - Biochimie


Vitamine A

La glande surrénale

L'importance du métabolisme de la vitamine A dans la glande surrénale est reconnue depuis longtemps. De nombreuses expériences ont montré que la carence en A réduit la résistance au stress, diminue la tolérance à l'insuline et altère la glucogenèse. Par des techniques histologiques, la vitamine peut être mise en évidence en concentration élevée dans les cellules de la zone fasciculée, suggérant son importance pour la synthèse des glucocorticoïdes. Les coupes surrénales montrent souvent des masses de pigment « lipochrome » dans les cellules de la zone réticulaire. Il s'agit d'un pigment caroténoïde et peut représenter une réserve de précurseur de vitamine A. Le pigment est rarement, voire jamais, vu dans la moelle, et sa présence dans le cortex soutient l'idée qu'il participe à la synthèse des stéroïdes.

Le cholestérol est le précurseur commun des hormones stéroïdes formées dans les cellules du cortex surrénalien et dans les cellules interstitielles des testicules et des ovaires. C'est une substance mal connue de nos jours, et les aliments connus pour contenir du cholestérol sont évités par ceux qui s'inquiètent de l'état de leurs artères. Sans cholestérol cependant, nous ne serions pas en mesure de profiter de la vie, de la liberté ou de la poursuite du bonheur, en particulier le dernier. Il est donc heureux que de nombreuses cellules de l'organisme soient capables de synthétiser tout le cholestérol dont nous avons besoin, à partir de simples précurseurs. Le foie est le principal site de synthèse et construit la molécule à partir de l'acétyl-coenzyme A. (Le CoA, rappelons-le, contient de l'acide pantothénique, l'une des vitamines B.) L'acétyl-CoA est converti par le mévalonate en isoprénoïde unités qui forment la base du squelette du cholestérol. La série de réactions de l'acétate en mévalonate n'est pas affectée par le déficit en A, mais la conversion du mévalonate en cholestérol est inhibée en cas de déficit sévère en A.

Le diagramme ci-joint montre la structure de la molécule de cholestérol, les conventions pour se référer aux anneaux et les différentes positions où des changements ont lieu dans la molécule pour former les différents stéroïdes. Ceux qui sont intimidés par les formules chimiques ne devraient pas se laisser décourager car les diagrammes sont uniquement destinés à simplifier la description des différentes étapes catalysées par les enzymes et leurs cofacteurs contenant des vitamines, qui modifient la molécule de cholestérol de base pour former les hormones stéroïdes (Fig. 7 ).

7 . La numérotation des atomes de carbone dans la molécule de cholestérol et le lettrage des anneaux. La chaîne latérale est divisée entre les atomes de carbone 20 et 22 (flèche) avant le début de la synthèse des stéroïdes. Des hydroxylases spécifiques, nécessitant une réduction du NADP et de l'oxygène pour leur action, catalysent l'ajout de groupes hydroxyles aux positions 11, 17 et 21 pour la production des différentes hormones. (Dans les structures cycliques, l'angle d'un cycle représente un atome de carbone avec autant d'hydrogènes que nécessaire pour le saturer, sauf indication contraire.) L'activité biologique de nombreuses hormones est déterminée par leur configuration stéréochimique. Si un substituant est situé, par rapport au plan du système cyclique, du même côté de la molécule de cholestérol que les groupes méthyle en C-10 et C-13, il est dans le bêta- ou cis-configuration si de l'autre côté, dans le alpha- ou trans-configuration. Ce dernier (a) est indiqué par un trait interrompu dans les schémas. Par commodité, le groupe méthyle en C-10 est considéré comme étant au-dessus du plan du cycle. Dans les stéroïdes, le groupe méthyle C-13 est généralement du même côté que le groupe méthyle C-10.

Les hormones corticosurrénales sont généralement divisées en glucocorticoïdes et minéralocorticoïdes, mais la distinction entre les deux est plutôt artificielle. Pendant le stress, les glucocorticoïdes ont des effets marqués sur le métabolisme des minéraux et de l'eau, chevauchant à cet égard les fonctions des minéralocorticoïdes. Sur une base poids pour poids, l'aldostérone minéralocorticoïde a entre 25 % et 100 % de l'activité biologique des glucocorticoïdes, selon l'espèce source de l'échantillon. Cependant, l'aldostérone circule à un niveau plasmatique de seulement 0,03 microgrammes par 100 ml, tandis que le cortisol circule à un niveau de 10 ??g/100 ml., et la corticostérone à environ 1 µg/100 ml. Normalement, l'activité glucocorticoïde de l'aldostérone est donc négligeable par rapport à celle du cortisol. La quantité de vitamine A nécessaire à la synthèse des glucocorticoïdes dépasse selon toute probabilité celle de la synthèse des minéralocorticoïdes d'un facteur de 30 à 300 fois. C'est peut-être la raison pour laquelle la synthèse de l'aldostérone n'est pas affectée jusqu'aux toutes dernières étapes de l'épuisement de la vitamine A. Cela expliquerait aussi pourquoi la vitamine A n'a pas été détectée histologiquement dans la zone glomérulée de la surrénale, où est synthétisée l'aldostérone, la quantité requise étant trop infime pour être détectée par une telle procédure.

Il a été suggéré que la synthèse d'aldostérone pourrait même augmenter en cas de déficit en A, avec pour résultat une augmentation de la teneur en sodium plasmatique et une diminution du potassium plasmatique. Si tel est le cas, alors l'hypertrophie compensatrice dans la zone glomérulée peut représenter une tentative de restauration de l'homéostasie du glucose, avec des changements de sodium plasmatique survenant comme effet secondaire indésirable de la synthèse d'aldostérone élevée. La voie probable de synthèse de l' aldostérone à partir du cholestérol est représentée sous forme de diagramme sur la figure 8 . On sait que les 11-oxycorticoïdes ont un effet plus marqué sur les glucides que ceux sans atome d'oxygène en C-11, comme la désoxycorticostérone. Les glucocorticoïdes les plus puissants sont ceux oxygénés en C-11 et C-17, à savoir le cortisol et la cortisone. L'aldostérone, oxygénée en C-11, a une action glucocorticoïde assez puissante lorsqu'elle est administrée à des doses thérapeutiques.

8 . Voie de synthèse postulée du minéralocorticoïde aldostérone, ainsi appelée en raison de la présence d'un groupe aldéhydique en C-18. La progestérone est le précurseur commun des glucocorticoïdes surrénaliens et des minéralocorticoïdes. Sa formation à partir de la prégnénolone implique la déshydrogénation du groupe 3-hydroxy, et l'isomérisation dans laquelle la double liaison migre de 5:6 à 4:5 (ou Δ 5 à Δ 4 )

Les figures 9 et 10 montrent les voies de synthèse postulées des principaux glucocorticoïdes chez l'homme et chez les animaux de laboratoire les plus couramment utilisés. Les premières étapes de la synthèse des glucocorticoïdes à partir du cholestérol sont les mêmes que pour l'aldostérone, à savoir la conversion en prégnénolone puis en progestérone. S'il y a, pour une raison quelconque, telle qu'un manque des enzymes nécessaires à une conversion ultérieure, une accumulation de prégnénolone, alors la production supplémentaire de prégnénolone à partir du cholestérol est inhibée, par un mécanisme de rétroaction négative. L'étape du cholestérol en prégnénolone nécessite du nicotinamide comme cofacteur et est sous le contrôle de l'ACTH.

9 . La synthèse du Cortisol et de la cortisone, les principaux corticoïdes chez l'homme.

10 . Synthèse de la corticostérone, qui existe en équilibre avec la 11-déhydrocorticostérone. Ce sont les principaux glucocorticoïdes chez le rat et le lapin, dans lesquels les 17 ??-l'enzyme d'hydroxylation est absente ou présente à une concentration extrêmement faible.

Chez les animaux déficients en A, il existe une hypoplasie des surrénales et une diminution marquée de la quantité totale de progestérone élaborée par les glandes. La conversion de la prégnénolone en progestérone nécessite deux enzymes, ??-hydroxystéroïde déshydrogénase (E.C. 1.1.1.51) et isomérase (E.C. 5.3.3.1). Grangaud, Nicol et Delaunay (1958), dans une série d'expériences menées à la fois in vivo et in vitro ont montré que la vitamine A aldéhyde (rétinienne) active ces enzymes. La vitamine A acide (acide rétinoïque) et la vitamine A alcool (rétinol) sont également efficaces pour accélérer l'activité enzymatique. La concentration réelle d'une vitamine est un facteur important dans la synthèse des hormones stéroïdes. Dans cette réaction particulière, cependant, Grangaud et al., ont constaté que la concentration pouvait varier dans des limites assez larges, en contraste marqué avec les limites étroites essentielles à la synthèse des hormones sexuelles (vide infra). Cette observation implique qu'une concentration optimale pour la synthèse des œstrogènes ou des androgènes pourrait être assez inefficace pour la synthèse de la progestérone.

??-hydroxystéroïde déshydrogénase est présente dans presque toutes les glandes productrices de stéroïdes des vertébrés et est apparemment l'enzyme limitant la vitesse de la synthèse des stéroïdes. Par conséquent, la vitamine A a un rôle clé à jouer dans la production hormonale. Ceci peut être démontré dans in vitro systèmes, où l'activité de l'enzyme peut être déprimée dans le matériel provenant de rats mâles et femelles déficients en A. La restauration de l'enzyme à pleine activité peut être obtenue en donnant de la vitamine A aux animaux déficients 24 heures avant que les tissus ne soient prélevés pour des études enzymatiques ( Juneja, Murthy et Ganguly, 1966 ).

Levine, Glick et Nakane (1967) ont réalisé une intéressante série d'expériences sur des rats nouveau-nés. Ils ont découvert qu'il existe une période entre le troisième et le dix-huitième jour de vie, au cours de laquelle les jeunes rats ne répondent pas au stress par la libération de corticostéroïdes. L'injection d'ACTH pendant ces quinze jours n'a pas été suivie d'une libération plasmatique de stéroïdes, bien qu'il ait été clairement démontré que le contenu surrénal de la corticostérone a commencé à augmenter dès le troisième jour de vie et a continué à augmenter. Cela semble montrer qu'il existe une distinction claire entre la synthèse et la libération de stéroïdes surrénaliens chez le rat nouveau-né. La stimulation efficace des surrénales par l'ACTH dans ces expériences a provoqué une déplétion parallèle de corticostérone et de vitamine A, suggérant que la capacité des surrénales à répondre à l'ACTH par la synthèse hormonale est étroitement liée à la concentration de vitamine A dans la glande.

En cas de déplétion en A très légère, seule l'étape désoxycorticostérone-corticostérone semble être inhibée. Plusieurs auteurs ont montré que chez le rat sévèrement appauvri, de nombreuses étapes de la synthèse des stéroïdes sont inhibées, notamment l'acide mévalonique en cholestérol, le cholestérol en progestérone, le cholestérol en désoxycorticostérone et la désoxycorticostérone en corticostérone. A ce stade tardif, qui peut être détecté par l'incapacité des injections d'ACTH à restaurer la glucogenèse, il est possible que le déficit en A ait provoqué une dégénérescence irréversible des cellules corticosurrénales, ce qui peut d'ailleurs être confirmé par un examen histologique. Le déficit A sévère peut être considéré comme une surrénalectomie chimique en ce qui concerne la synthèse des glucocorticoïdes.

L'un des principaux effets de la carence en A est la réduction du taux de synthèse du glycogène dans le foie, c'est le seul effet de la carence en A qui peut être restauré à la normale par la cortisone. La glycogenèse s'arrête précocement chez l'animal déficient en A, en même temps que la prise de poids cesse. Aucun défaut enzymatique dans le foie n'a été trouvé pour expliquer cela. Les systèmes enzymatiques pour la synthèse du glucose à partir du triose ne sont pas affectés et les phosphates à haute énergie ne manquent pas. L'acétate, le lactate et le glycérol sont normalement incorporés dans le glycogène, et la capacité à incorporer le glucose dans le glycogène hépatique est égale dans les tissus de rat normaux et déficients en A. Cependant, l'injection de cortisol ou de cortisone à des rats déficients rétablit la synthèse du glycogène de l'acétate à la normale. La désoxycorticostérone ne le fait pas. Cela suggère à nouveau un blocage possible dans ??-hydroxylation dans un déficit en A.

Les effets biologiques des corticostéroïdes sont médiés dans de nombreux cas, sinon dans tous, par leur activation d'enzymes spécifiques. La quantité d'augmentation de la concentration en enzyme après l'administration de stéroïdes suggère que de nouvelles réserves d'enzymes sont produites à la suite de la dérépression de l'unité génomique qui code pour leur synthèse. L'un des effets les plus intéressants de la cortisone chez l'animal normal est une baisse des réserves hépatiques de vitamine A, et une augmentation du taux d'esters de vitamine A circulants.


Néoglucogenèse et dépense énergétique après un régime riche en protéines et sans glucides

Fond: Il a été démontré que les régimes riches en protéines augmentent la dépense énergétique (EE).

Objectif: L'objectif était d'étudier si un régime riche en protéines et sans glucides (régime H) augmente la néoglucogenèse et si cela peut expliquer l'augmentation de l'EE.

Concevoir: Dix hommes en bonne santé avec un indice de masse corporelle moyen (+/-SEM) (en kg/m(2)) de 23,0 +/- 0,8 et un âge de 23 +/- 1 an ont reçu un régime H isoénergétique (condition H 30%, 0 % et 70 % de l'énergie provenant des protéines, des glucides et des lipides, respectivement) ou d'un régime protéiné normal (condition N 12 %, 55 % et 33 % de l'énergie provenant des protéines, des glucides et des lipides, respectivement) pour 1,5 d selon une conception croisée randomisée, et l'EE a été mesurée dans une chambre de respiration. La production endogène de glucose (EGP) et la gluconéogenèse fractionnée ont été mesurées par perfusion de [6,6-(2)H(2)]glucose et l'ingestion de (2)H(2)O gluconéogenèse absolue a été calculée en multipliant la gluconéogenèse fractionnée par EGP. Les réserves corporelles de glycogène ont été réduites au début de l'intervention avec un test d'exercice exhaustif de réduction du glycogène.

Résultats: L'EGP était plus faible dans la condition H que dans la condition N (181 ± 9 contre 226 ± 9 g/j P < 0,001), tandis que la néoglucogenèse fractionnée était plus élevée (0,95 ± 0,04 contre 0,64 ± 0,03 P < 0,001) et la néoglucogenèse absolue avaient tendance à être plus élevées (171 ± 10 contre 145 ± 10 g/j P = 0,06) dans la condition H que dans la condition N. L'EE (taux métabolique au repos) était plus élevée dans la condition H que dans la condition N (8,46 ± 0,23 contre 8,12 ± 0,31 MJ/j P < 0,05). L'augmentation de l'EE était fonction de l'augmentation de la néoglucogenèse (DeltaEE = 0,007 x Deltagluconéogenèse - 0,038 r = 0,70, R(2) = 0,49, P < 0,05). La contribution de la deltagluconéogenèse à la deltaEE était de 42 %, le coût énergétique de la néoglucogenèse était de 33 % (IC à 95 % : 16 %, 50 %).

Conclusion : Quarante-deux pour cent de l'augmentation de la dépense énergétique après le régime H s'explique par l'augmentation de la néoglucogenèse. Le coût de la néoglucogenèse était de 33 % du contenu énergétique du glucose produit.


Voie de la néoglucogenèse

La néoglucogenèse diffère de la glycolyse par trois réactions irréversibles médiées par trois enzymes différentes.

Étape 1 : Conversion du pyruvate en phosphoénolpyruvate

C'est la première réaction qui contourne une réaction irréversible de glycolyse, médiée par pyruvate kinase. La transformation du pyruvate en phosphoénolpyruvate comprend deux séries d'étapes :

Carboxylation du pyruvate en oxaloacétate

La pyruvate carboxylase intervient dans la transformation du pyruvate en oxaloacétate en ajoutant une molécule de dioxyde de carbone. Une enzyme (pyruvate carboxylase) a été découverte pour la première fois en 1960 par un scientifique nommé Merton.

La pyruvate carboxylase est une enzyme mitochondriale qui permet au pyruvate présent dans le cytosol de pénétrer dans la matrice mitochondriale via une association de MPC-1 et MPC-2 complexes.

La carboxylation du pyruvate en oxaloacétate nécessite un apport d'une énergie élevée ATP molécule et la présence d'ions Mg 2+ et Mn 2+. La carboxylation du pyruvate entraîne la formation d'oxaloacétate et d'un ADP.

Décarboxylation de l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate

Le transport de l'oxaloacétate des mitochondries au cytosol n'implique aucun complexe porteur ou transporteurs. Il ne se produit que par le réduction d'oxaloacétate en malate passant par malate déshydrogénase mitochondriale.

Ensuite, le malate se déplace au-delà de la membrane mitochondriale interne à travers la navette d'aspartate de malate et le transporteur de α-cétoglutarate de malate. Dans un cytosol, le malate se réoxyde en oxaloacétate par une enzyme (malate déshydrogénase cytosolique).

Phosphoénolpyruvate carboxykinase transforme l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate en éliminant gaz carbonique. C'est un isoenzyme présent également dans les mitochondries et le cytosol.

La décarboxylation de l'oxaloacétate en phosphoénolpyruvate nécessite une énergie élevée ATP molécule et la présence de mg 2+ et Mn 2+ ions. Cette réaction est réversible dans des conditions cellulaires normales.

Étape 2 : Déphosphorylation du fructose 1, 6-biphosphate en fructose 6-phosphate

C'est une seconde réaction qui contourne une réaction irréversible de glycolyse, médiée par l'enzyme phosphofructokinase. Dans la néoglucogenèse, fructose 1, 6-phosphatase l'enzyme médie la déphosphorylation du fructose 1, 6-biphosphate en fructose 6-phosphate et nécessite mg 2+ ions. Une enzyme (fructose 1, 6-phosphatase) provoque l'hydrolyse de phosphate C-1 dans la molécule de fructose 1, 6-biphosphate, sans libération d'ATP.

Étape 3 : Déphosphorylation du glucose 6-phosphate en glucose

C'est une troisième étape, qui contourne une réaction irréversible de glycolyse, catalysée par une enzyme hexokinase. Au contraire, la glucose 6-phosphatase favorise cette réaction dans un cycle de néoglucogenèse et déphosphoryle le glucose 6-phosphate en glucose.

La glucose 6-phosphatase est un complexe protéique qui réside dans la membrane du réticulum endoplasmique. Il se compose d'un catalytique actif placer et un ttransporteur complexe.

Le site catalytique actif médie la libération de glucose dans la lumière du réticulum endoplasmique (pas le cytosol) par le complexe de transport "glucose 6-phosphate translocase ou T1”. La glucose 6-phosphatase dépend de Mg 2+ ions qui catalyse le dernière étape.

La molécule de glucose formée après déphosphorylation du glucose 6-phosphate est transportée dans le cytoplasme par les transporteurs de glucose de la réticulum endoplasmique.

Substrats

Tous les intermédiaires du cycle de la glycolyse et de l'acide tricarboxylique fournissent un substrat pour la néoglucogenèse. Il comprend des substrats comme le glycérol, le lactate, l'acide aminé glucogénique, etc.

Glycérol

C'est un produit formé en raison de triglycéride hydrolyse dans les tissus adipeux et transférés au foie par le sang. Le glycérol est un substrat intermédiaire, qui produit du glucose uniquement dans le cytosol. Il entre dans le cycle par les deux étapes séquentielles :

La glycérol kinase est une enzyme présente à la fois dans le le foie et un rein qui entreprend la phosphorylation du glycérol en glycérol 3-phosphate en utilisant ATP.

Ensuite, l'oxydation du phosphate de glycérol en phosphate de dihydroxyacétone se produit, comme le NAD réduit en NADH. La dihydroxyacétone est un intermédiaire de la voie glycolytique.

Lactate

C'est un produit formé à la suite de glycolyse anaérobie dans les muscles squelettiques et les érythrocytes. Le lactate est transféré des muscles au foie par le sang. Il se reconvertit en pyruvate à l'intérieur du foie et entreprend plus tard la production de glucose par la néoglucogenèse.

Acides aminés glucogéniques

Ceux-ci sont obtenus par hydrolyse de protéines tissulaires. Les acides glucogéniques comme le -cétoglutarate, le succinyl Co-A, le fumarate, l'oxaloacétate et le fumarate sont les seuls précurseurs pouvant produire du glucose. Il existe deux points d'entrée, à savoir pyruvate et oxaloacétate, par lequel les acides aminés glucogéniques peuvent entrer dans le cycle de néoglucogenèse.

Importance
  1. Le cycle de néoglucogenèse joue un rôle crucial dans homéostasie de la glycémie pendant la famine.
  2. Le produit de la néoglucogenèse, c'est-à-dire le glucose, remplit les demande en énergie de nombreuses cellules et tissus comme les globules rouges, les neurones, les muscles squelettiques, la moelle du rein, les testicules, les tissus embryonnaires, etc.
  3. Le cycle de la néoglucogenèse efface les métabolites accumulés dans le sang, comme le lactate (produit à partir des muscles et des globules rouges) et le glycérol (produit à partir du tissu adipeux).

Régulation de la néoglucogenèse

La régulation de la néoglucogenèse comprend les facteurs suivants :

Acétyl CoA

C'est une sorte de régulation réciproque, qui régule la transformation du pyruvate en PEP. L'acétyl Co-A s'accumule dans le foie à la suite d'une lipolyse excessive des tissus adipeux. Lorsque la concentration en acétyl Co-A est plus élevée, elle inhibe l'enzyme glycolytique phosphate déshydrogénase et stimule l'activité de la pyruvate carboxylase.

Ainsi, le niveau élevé d'acétyl Co-A influence le cycle de néoglucogenèse. Il peut réguler la voie à la fois positivement et négativement.

  • Régulation positive: L'acétyl Co-A favorise l'activité enzymatique de la pyruvate carboxylase, qui à son tour produit plus d'oxaloacétate et de glucose en produit final.
  • Régulation négative: L'acétyl Co-A inhibe l'activité enzymatique de la pyruvate déshydrogénase, qui convertit la pyruvate carboxylase en acétyl Co-A.

Glucagon

C'est une sorte de régulation hormonale sécrétée par le cellules des îlots pancréatiques lorsque la glycémie dans un corps commence à diminuer.

Le glucagon régule la conversion du fructose 1, 6-biphosphate en fructose 6-phosphate ou favorise le processus de néoglucogenèse par les deux mécanismes suivants :

  • Glucagon médie AMP cyclique qui peut convertir la pyruvate kinase en une forme inactive, entraînant la conversion de PEP en pyruvate. Enfin, il détourne le cycle de la synthèse du glucose.
  • Deuxièmement, le glucagon réduit la concentration de fructose 2, 6-phosphate qui inhibe l'activité enzymatique de la phosphofructokinase et active le fructose 1, 6-biphosphate pour favoriser la synthèse du glucose.

Acides aminés glucogéniques

C'est une sorte de régulation au niveau du substrat, qui régule la conversion du glucose 6-phosphate en glucose. Un substrat comme l'acide glucogénique influence le processus de néoglucogenèse au moment de la diminution du niveau d'insuline. Lorsque la concentration d'insuline diminue, la protéine musculaire métabolise les acides aminés pendant néoglucogenèse.


6.4 – Échange de gaz

Ventilation – Le mécanisme de pompage qui fait entrer et sortir efficacement l'air des poumons, maintenant ainsi le gradient de concentration pour la diffusion.

Échange de gaz – L'échange de gaz entre un organisme et son environnement, y compris l'absorption d'oxygène et la libération de dioxyde de carbone chez les animaux et les plantes.

Respiration cellulaire – La libération contrôlée d'énergie sous forme d'ATP à partir de composés organiques dans les cellules. C'est un processus continu dans toutes les cellules.

6.4.2 – Expliquer le besoin d'un système de ventilation
Le système de ventilation est nécessaire pour maintenir une gradient de concentration élevé dans les alvéoles. Étant donné que les humains ont une demande si élevée en oxygène, il doit pouvoir être fourni à toutes leurs cellules afin de soutenir la respiration.

Les les poumons sont les surfaces respiratoires utilisé pour les échanges gazeux. L'action de la ventilation fait descendre l'air dans les poumons pour l'échanger. Sans elle, les poumons seraient inutiles, car aucun air ne pourrait atteindre leur surface.

Le gradient de concentration dans les alvéoles est maintenu en utilisant flux d'air et débit sanguin. L'oxygène (O2) pénètre dans les poumons, se diffuse et pénètre dans la circulation sanguine. Le dioxyde de carbone (CO2) quitte le sang. La concentration d'oxygène d'un côté est maintenue élevée, tandis que la concentration de dioxyde de carbone reste faible.

6.4.3 – Décrire les caractéristiques des alvéoles qui s'adaptent aux échanges gazeux

Les alvéoles ont une grande surface totale, ce qui augmente la quantité de gaz qui peut être diffusée à un moment donné. C'est le résultat de leur forme sphérique.

Ils forment un fine couche de cellules aplaties, ce qui permet une association étroite avec les capillaires et une distance plus courte pour la diffusion dans la circulation sanguine. La paroi des alvéoles n'a qu'une seule cellule d'épaisseur.

Les alvéoles sont entourées d'un réseau capillaire dense. Ceux-ci transportent ensuite l'oxygène du sang vers la veine pulmonaire pour être transporté vers le cœur.

Ils ont un film d'humidité pour les solutions de gaz. L'oxygène est capable de se dissoudre dans le film lubrifiant à base de lipoprotéines.


6.4.4 – Dessinez et étiquetez un schéma du système de ventilation, y compris la trachée, les poumons, bronches, bronchioles et alvéoles

6.4.5 – Expliquer le mécanisme de ventilation des poumons en termes de volume et de pression changements causés par les muscles intercostaux internes et externes, le diaphragme et muscles abdominaux

Lorsque la cavité thoracique s'agrandit, la pression change, provoquant l'entrée d'air dans les poumons pour l'égaliser. L'air est ensuite repoussé lorsque le diaphragme se détend. Le diaphragme est fixé à la base du sternum, les parties inférieures de la cage thoracique et la colonne vertébrale.

Les poumons sont entourés et protégés par les cage thoracique. Les muscles intercostaux sont attachés à la cage thoracique. La zone à l'intérieur s'appelle la thorax, où se trouvent les poumons. La surface interne du thorax contient le membrane pleurale, qui sécrètent le liquide pleural. Ce liquide protège les poumons des frictions causées par la respiration.


Section 6 4. Gluconeogenèse Oxydation du pyruvate - Présentation PowerPoint PPT

Section 6 4. Néoglucogenèse Oxydation du pyruvate 25/10/05 Autres rôles de la glycolyse et de ses intermédiaires Comparaison : avantages de la glycolyse aérobie anaérobie ATP . &ndash Présentation PowerPoint PPT

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Voir la vidéo: Die Gluconeogenese (Janvier 2022).