Métabolisme énergétique - Que devient le pyruvate ? Comment sont réoxydés les équivalents réducteurs NADH,H+

Que devient le pyruvate ?

→ Substrat de la fermentation lactique

→ Subit des décarboxylation oxydative pour former de l’Acetyl CoA substrat de la respiration

Comment sont réoxydés les équivalents réducteurs NADH,H+ ? 

Lors de la fermentation lactique 

Comment peut-on donc caractérisé le pyruvate ?

C’est un carrefour métabolique

Bilan énergétique fermentation lactique et respiration 

→ Respiration: 36-38ATP/glucose

→ Fermentation : 2ATP/glucose

Comment les cellules choisissent la voie énergétique dans laquelle s’engager ?

En fonction de la demande en ATP et de la demande en NAD+

Demande NAD⁺ (forme oxydée) < demande en ATP → Les cellules s’engagent dans une voie aérobie

Homofermentaires

→ Utilise plus de 95% d’1 seul produit de fermentation

→ Alcoolique et lactique

Hétérofermentaire

→ Plusieurs produits de fermentation

Que permet la fermentation lactique ?

Permet de réoxyder les co-enzymes à l’état oxydé par la LDH pour maintenir le flux glycolytique et donc la production de 2ATP/glucose

Fermentation lactique

→ Réduction du pyruvate par la LDH (cytosolique)

LDH

Lactate deshydrogenase

Fermentation alcoolique

→ Transformation du pyruvate en ethanal par décarboxylation par le Pyruvate decarboxylase (TPP)

→ L’éthanal est transformé en ethanol  par l’ajout d’hydrogène par l’ADH (alcool deshydrogénase)

Pourquoi les humains sont capables de fermentation alcoolique ? Dans quel cas ?

L’être humain possède plusieurs isoformes de l’ADH qui permettent la transformation des alcools en aldéhydes.

Dans le cas de consommation d’alcool 

Qui est-ce qui réalise l’oxydation du lactate en pyruvate ?

La LDH mitochondriale périplasmique 

Qui est-ce qui réalise l’oxydation du pyruvate en Acétyl CoA?

La PDH (pyruvate-déshydrogénase) dans la matrice mitochondriale

Quelles sont les 3 filières énergétiques dans le muscle squelettique ?

→ Filière anaérobie alactique → Substrat énergétique : Cr~(P)

→ Filière anaérobie lactique

→ Filière aérobie 

Décarboxylation oxydative du pyruvate

→ Contexte physiologique

• Dans les cellules dotées de mitochondries chez les eucaryotes

• Ex: muscle

→ Où ?

• Dans la matrice mitochondriale 

→ Transport à travers les mb mitochondriales 

• OM: plus perméable

• IM: plus spécifique 

Quel transporteur permet l’entrée du pyruvate dans la mitochondrie au niveau de la membrane externe ?

VDAC (Voltage-dependent Anion Channel)

Quel transporteur permet l’entrée du pyruvate dans la mitochondrie au niveau de la membrane interne ?

MPC (Mitochondrilae Pyruvate Carrier)

Pyruvate carrefour métabolique

→ Est le produit de la voie de la glycolyse (PK pyruvate kinase)

→ Fermentation lactique :LDH 

→ Décarboxylation oxydative: PDH

→ Voie de la néoglucogenèse: PC (pyruvate carboxylase)

Que se passe t-il dans les cellules capables de fermentation lactique et respiration aérobie dans des conditions de fermentation ?

→ Expression de l’activité basse de MPC_FERM complexe 

→ Pyruvate fermentée en ethanol dans le cytosol

→ PDH phosphorylé

Que se passe t-il dans les cellules capables de fermentation lactique et respiration aérobie dans des conditions de respiration ?

→ L’activité haute de MPC_OX complexe favorise le transport et l’oxydation du pyruvate dans la mitochondrie

→ PDH déphosphorylé

À quoi conduit l’oxydation du pyruvate ?

→ Augmentation d’ATP

→Dépolarisation des cellules β

→ Influx de calcium

→ Augmentation de [Ca²⁺] intracellulaire

→ Pilote la sécrétion d’insuline 

Comment se nomme la réaction de passage du pyruvate à l’AcétylCoA ?

C’est la décarboxylation oxydative

Qui catalyse la décarboxylation oxydative du pyruvate ?

La Pyruvate Deshydrogénase PDH = complexe multi enzymatique

Combien de carbone au début de ce la décarboxylation oxydative ? En fin ? Pourquoi ?

→ 6C/glucose en début

→ 6C/glucose en fin 

→ Puisque la glycolyse : 

Glucose (6C) → 2 x Pyruvate (3C)

Acteurs de la décarboxylation oxydative

→ 3 enzymes (plusieurs dizaine d’unités de chaque dans le complexe)

→ 5 coenzymes

→ La PDH

Donne la réaction bilan

CH₃-CO-COO^-  (pyruvate) + coASH (CoA) + NAD⁺

↓

CH₃-CO~ScoA(AcétylCoA) + NADH + CO₂

RÉACTION IRRÉVERSIBLE

Quelles sont les 3 enzymes impliquées dans la décarboxylation oxydative ?

→ La pyruvate deshydrogénase E₁

→ E₂ (La di-hydro-lipoyl acetyltransferase )

→ E₃ (la di-hydro-lipoyl deshydrogénase)

Quelles sont les 5 coenzymes impliquées dans la décarboxylation oxydative ?

→ TPP Thiamine PyroPhosphate - vitamine B1

→ Acide lipoïque

→ Coenzyme A - acide pantothénique- vitamine B5

→ FAD Flavine Adenine Dinucléotide - vitamine B2 ou riboflavine

→ NAD⁺ Nicotinamide Adenine Dinucléotide -vitamine PP ou vitamine B3

Acide lipoïque

→ Ne dérive d’aucune vitamine , on est alors capable de la synthétiser 

→ Constitue la 1ère coenzyme utilisé par la E₂

→ S’associe à l’acétyl sous forme réduite  SH-SH et forme une liaison covalente à l’enzyme

→ Transmet l’acétyl à la Coenzyme A (Seconde coenzyme)

→ Retourne à l’état oxydé S-S en fin de réaction catalysée par E₂

E₁

→ Décarboxylation du pyruvate

→ Utilise une seule coenzyme : TPP

E₂

→ Catalyse un transfert

→ Utilise 2 coenzymes : acide lipoïque et CoA

→ Le transfert de l’acétyl associée à l’acide lipoïque à l’acétylCoA

E₃

→ Utilise 2 coenzymes : FAD et NAD⁺

→ L’acide lipoïque cède ses électrons à FAD en s’oxydant

→ FADH₂ cède alors ces électrons à NAD⁺ en en se réduisant

Comment se fait la régulation de l’activité du complexe PDH ?

Par phosphorylation/déphosphorylation → modification covalente de l’enzyme

Qui réalise ces phosphorylation/déphosphorylation ?

→ Kinase = phosphorylation

→ Phosphatase = déphosphorylation

État PDH active ?

Déphosphorylée

État PDH inactive ?

Phosphorylée

Que font les produits finaux de la réaction de décarboxylation oxydative du pyruvate ?

Actéyl-CoA et NADH règlent le complexe par rétroaction négative

Parmi les 3 enzymes, laquelle ou lesquels font l’objet de régulation ?

Seulement E1 → PDH

E2 et E3 ne font pa l’objet de régulation

PDK

PDH Kinase

PDP

PDH phosphatase

Comment les cellules normales fabriquent elles l’ATP ?

Majoritairement par respiration mitochondriale

Comment les cellules cancéreuses fabriquent elles l’ATP ? Donc ?

Elles produisent plus de 50% par la glycolyse, elles en sont donc très dépendantes 

Conséquences dans les cellules cancéreuses ?

→ Augmentation de l’activité glycolytique 

→ Glut1 et Glut3 surexprimés dans la mbp

→Augmentation de la fermentation lactique

→ Augmentation du taux de LDH

→ Augmentation de PFK1, augmentation de F2,6BP

→ Diminution respiratoire mitochondriale (I, II, III)

PET-scan

Mesure par imagerie de l’activité métabolique dans les cellules (glucose radioactif)

Qui d’autre est surexprimé dans les cellules tumorales ?

MCT → Monocarboxylate Transporter 

Que peut-on alors conclure sur l’acétylcoA ?

C’est carrefour métabolique de nombreuse voies

→ Issu du pyruvate, complexe enzymatique de la PDH (rétrocontrôle négatif)

→ β-oxydation des acides gras

→ Sert dans la cétogenèse

→ Sert dans le Cycle de Krebs

→ Sert dans la lipogenèse