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Voie des pentoses phosphates
La voie des pentoses phosphates (ou voie du phosphogluconate) génère du NADPH, indispensable aux réactions réductrices de biosynthèse (en particulier, lors de la synthèse des acides gras et des stéroïdes). Cette voie est présente essentiellement dans le cytosol des cellules des glandes mammaires, du tissu adipeux, du foie et du cortex surrénal. Outre le NADPH, la voie des pentoses phosphates produit du ribose 5-phosphate précurseur de la synthèse des nucléotides, des acides nucléiques et de coenzymes.
Le glucose 6-phosphate est à la fois le substrat de la voie des pentoses phosphates et celui de la glycolyse ; le choix relatif entre ces deux voies dépend des exigences cellulaires ponctuelles en énergie métabolique (ATP) et en précurseurs biosynthétiques.
La voie des pentoses phosphates se divise en deux parties :
- un segment oxydatif irréversible,
- un segment non oxydatif réversible.
Le glucose 6-phosphate est transformé en ribulose 5-phosphate avec production de deux NADPH et d'un CO2.
La première étape est une réaction d'oxydo-réduction catalysée par la glucose 6-phosphate déshydrogénase, la deuxième est une hydrolyse catalysée par une gluconolactonase. La troisième, catalysée par la 6-phosphogluconate déshydrogénase, est une réaction d'oxydo-réduction suivie d'une décarboxylation spontanée.
Ce segment débute par une interconversion (isomérisation et épimérisation) des pentoses phosphates.
La ribulose 5-phosphate isomérase interconvertit le ribulose 5-phosphate et le ribose 5-phosphate par une réaction d'isomérisation (cétose/aldose) analogue à la transformation du glucose 6-phosphate en fructose 6-phosphate. La ribulose 5-phosphate épimérase interconvertit le ribulose 5-phosphate et le xylulose 5-phosphate par un changement de configuration de l'hydroxyle en C3. Il existe un équilibre entre les trois pentoses phosphates.
A ce stade, un glucose 6-phosphate a été converti en un pentose phosphate avec libération de deux NADPH et un CO2. Le ribose 5-phosphate et le NADPH peuvent être utilisés pour des réactions de biosynthèse. Cependant, si la cellule nécessite plus de NADPH que de ribose 5-phophate, le segment non oxydatif se poursuit par une série de trois réactions conduisant au glycéraldéhyde 3-phosphate et au fructose-6-phosphate, intermédiaires de la glycolyse.
La première et la troisième réactions sont catalysées par une transcétolase (coenzyme : thiamine pyrophosphate) et la deuxième par une transaldolase (absence de coenzyme, formation d'une base de Schiff avec une lysine du site actif). Ces enzymes catalysent le transfert d'un groupement à deux carbones (transcétolase) ou trois carbones (transaldolase) d'un cétose sur un aldose.
Le bilan du segment non oxydatif revient à l'interconversion de trois pentoses phosphates en deux fructose 6-phosphate et un glycéraldéhyde 3-phosphate. Ceux-ci peuvent rejoindre la glycolyse et/ou la néoglucogenèse en fonction des besoins cellulaires.
Interrelations entre la voie de la glycolyse et la voie des pentoses phosphates
Le glucose 6-phosphate est à la fois le substrat de la voie des pentoses phosphates et celui de la glycolyse ; le choix relatif entre ces deux voies dépend des exigences cellulaires ponctuelles en énergie métabolique (ATP) et en précurseurs biosynthétiques (NADPH et ribose 5-phosphate). Alors que la glycolyse est ralentie lorsque la charge énergétique est élevée, la glucose 6-phosphate déshydrogénase (et donc la voie des pentoses phosphates) est inhibée par une concentration élevée de NADPH et par les intermédiaires de la biosynthèse des acides gras.
Néanmoins, en fonction des besoins cellulaires, le métabolisme du glucose 6-phosphate peut être suivi dans quatre situations différentes.
mode 1 : la cellule nécessite à la fois du NADPH et du ribose 5-phosphate
Le segment oxydatif de la voie des pentoses phosphates produit deux NADPH et un ribulose 5-phosphate qui sera transformé en ribose 5-phospate, principal produit carboné.
Le bilan de la réaction est :
glucose 6-phosphate + 2 NADP+ + H2O -----> ribose 5-phosphate + 2 NADPH + CO2
mode 2 : la cellule a besoin d'une plus grande quantité de ribose 5-phosphate que de NADPH
Le segment oxydatif est coutcircuité, le glucose 6-phosphate va être transformé, par la voie de la glycolyse, en fructose 6-phosphate et glycéraldéhyde 3-phosphate. Ces intermédiaires seront transformés par la transaldolase et la transcétolase en ribose 5-phosphate. Deux fructose 6-phosphate et un glycéraldéhyde 3-phosphate produisant trois ribose 5-phosphate.
Le bilan de la réaction est :
5 glucose 6-phosphate + ATP -----> 6 ribose 5-phosphate + ADP
mode 3: la cellule a besoin d'une plus grande quantité de NADPH que de ribose 5-phosphate
le segment oxydatif de la voie des pentoses phosphates forme du NADPH et du ribose 5-phosphate. Celui-ci sera transformé par la partie non oxydative en fructose 6-phosphate et glycéraldéhyde 3-phosphate. Ces intermédiaires redonneront du glucose 6-phosphate par la néoglucogenèse. Ainsi, l'équivalent d'un glucose 6-phosphate va être totalement oxydé en CO2 avec libération concomitante de NADPH.
Le bilan de la réaction est :
glucose 6-phosphate + 12 NADP+ + 6 H2O -----> 6 CO2 + 12 NADPH + Pi
mode 4: la cellule nécessite du NADPH de l'ATP mais pas de ribose 5-phosphate
Ce besoin simultané de NADPH et d'ATP implique que le ribose 5-phosphate, produit par la segment oxydatif, soit converti en fructose 6-phosphate et glycéraldéhyde 3-phosphate comme dans le mode 3. Par contre, ces métabolites suivront la voie glycolytique (et non la néoglucogenèse) et produiront du pyruvate et de l'ATP.
Le bilan de la réaction est :
3 glucose 6-phosphate + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP -----> 5 pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH
+ 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O
Caroline Benlot, Nicole Blanchouin
