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  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
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  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
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Voies métaboliques
Pyruvate

Sommaire
définition

L'acide pyruvique ($\ce{CH3COCOOH}$) est le plus simple des α-cétoacides, i.e. molécule comportant à la fois un avec un groupe carboxylique ($\ce{R-COOH}$) et un groupe cétone ($\ce{R-C(=O)-R'}$).

Le pyruvate, sa base conjuguée ($\ce{CH3COCOO-}$), est un intermédiaire essentiel dans plusieurs voies métaboliques.

Enzymes intervenant dans le métabolisme du pyruvate

Enzymes Réaction Symptômes lors
de déficience
Pyruvate kinase (PK) $\ce{Phosphoénolpyruvate + ADP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate + ATP}$
  • Anémie hémolytique
  • Hyperbilirubinémie
Lactate déshydrogénase (LDH) $\ce{Pyruvate + NADH + H+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{L-lactate + NAD+}$
  • Myoglobinurie
  • Augmentation des taux de pyruvate
  • Intolérance à l'effort
Alanine transaminase (ALT) $\ce{L-alanine + α-cétoglutarate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate + L-glutamate}$ ?
Enzyme malique à NADP

$\ce{(S)-malate + NADP+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate + CO2 + NADPH}$

?
Pyruvate carboxylase (PC) $\ce{Pyruvate + HCO3- + ATP -> Oxaloacétate + ADP + Pi}$
  • Hautement variable (Types A, B ou C)
  • Acidose lactique
  • Retard de développement
  • Augmentation des taux de proline et d'alanine
Pyruvate déshydrogénase (PDH) $\ce{Pyruvate + CoA-SH + NAD+ -> NADH + H+ + CO2 + Acétyl-CoA}$
  • Neurodégénerescence
  • Acidose lactique
  • Hyperpyruvicémie
  • Retard psychomoteur/retard de développement
Pyruvate déshydrogénase kinase (PDK) $\ce{PDH + ATP -> P-PDH + ADP}$ ?
Pyruvate déshydrogénase phosphatase (PDP) $\ce{P-PDH-> PDH + Pi}$ Très rare
Mitochondrial pyruvate carrier (MPC) $\ce{Pyruvate_{InterMemb}}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate_{Matrice}}$
  • Acidose lactique
  • Augmentation des taux de d'alanine et de pyruvate
  • Intolérance à l'effort
  • Hypotonie

Biosynthèse du pyruvate

Formation du pyruvate
Formation du pyruvate
(Figure : vetopsy.fr)

Le pyruvate cytosolique peut provenir de différentes sources (Regulation of pyruvate metabolism and human disease 2014) .

Sources principales

1. La source principale est sans conteste la glycolyse (loupeformation du pyruvate par la glycolyse) sous l'effet de la pyruvate kinase (PK).

$\ce{Phosphoénolpyruvate + ADP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{énolpyruvate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate + ATP}$

2. Le pyruvate est produit par l'oxydation du lactate par la lactate déshydrogénase ou LDH (loupefermentation lactique).

$\ce{Pyruvate + NADH + H+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{L-lactate + NAD+}$

Ferrmentation lactique
Ferrmentation lactique
(Figure : vetopsy.fr)

Autres sources

Acides aminés tricarbonés

Vue d'ensemble

L'alanine, la sérine, la thréonine, la glycine, la cystéine et le tryptophane peuvent également être convertis en pyruvate.

L'alanine est l'un des plus importants et un des principaux précurseurs de la néoglucogenèse.

L'alanine transaminase (ALT ou pyruvate transaminase glutamique ou GPT), EC 2.6.1.2, catalyse la réaction suivante :

$\ce{L-alanine + α-cétoglutarate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate + L-glutamate}$

bien

L'alanine, l'α-cétoglutarate, le glutamate et le pyruvate sont des intermédiaires essentiels entre le métabolisme des glucides et des acides aminés.

Pyruvate et alanine
Pyruvate et alanine
(Figure : vetopsy.fr)

On retrouve deux isoformes d'ALT dont les expressions varient avec les espèces :

Cycle de l'alanine (cycle de Cahill ou glucose-alanine)

Le pyruvate et l'alanine sont les substrats centraux du cycle de l'alanine, appelé aussi cycle de Cahill,- ou cycle glucose-alanine, qui relie le métabolisme musculaire et hépatique.

  • Dans le muscle, le pyruvate est transaminé en alanine et exporté dans le sang.
  • Le foie récupère l'alanine et la désamine en pyruvate, ce qui favorise la néoglucogenèse, le cycle de Krebs et les multiples voies qui en dépendent.
Cycle de l'alanine (cycle de Cahill)
Cycle de l'alanine (cycle de Cahill) et cycle de Cori
(Figure : vetopsy.fr)

Le cycle de l'alanine, semblable au cycle de Cori se produit souvent parallèlement : il est moins efficace que lui (loupedifférences entre le cycle de Cahill et le cycle de Cori).

1. Le glutamate est désaminé par la glutamate déshydrogénase (GLDH, GDH) créant de l'α-cétoglutarate (ou acide 2-oxoglutarique) et de l'ammoniac ($\ce{NH3}$).

$\ce{L-glutamate + H2O + NAD+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{α-cétoglutarate + NH3 + NADH + H+}$ par EC 1.4.1.2.

$\ce{L-glutamate + H2O + NAD(P)+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{α-cétoglutarate + NH3 + NAD(P)H + H+}$ par EC 1.4.1.3.

$\ce{L-glutamate + H2O + NADP+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{α-cétoglutarate + NH3 + NADPH + H+}$ par EC 1.4.1.4.

2. Cette réaction produit de l'ammoniac ($\ce{NH3}$) qui doit être éliminée par le cycle de l'urée qui consomme 4 ATP : le rendement énergétique s'en ressent !

3. Par contre, le cycle de Cahill ne consomme pas de NADH.

attention

La cycle de l'alanine nécessite la présence d'alanine transaminase, qui ne se trouve que dans les muscles, le foie et les intestins.

Ce cycle est donc utilisé à la place du cycle de Cori :

  • lorsque l'ammoniac ($\ce{NH3}$) doit être détoxiqué par le foie,
  • lors de dégradation musculaire (catabolisme des acides aminés musculaires).

Malate

Le pyruvate peut être reformé à partir du malate par l'enzyme malique à NADP cytosolique (NADP-malic enzyme - NADP-ME - ou malate dehydrogenase (oxaloacetate-decarboxylating) (NADP+) ou pyruvic-malic carboxylase), EC 1.1.1.40 :

$\ce{(S)-malate + NADP+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{pyruvate + CO2 + NADPH}$

Cette enzyme est essentielle pour la circulation des métabolites mitochondriaux du cycle de Krebs comme le citrate, le malate et l'oxaloacétate entre le cytosol et les mitochondries.

Devenir du pyruvate

Le devenir du pyruvate diffère selon l'accepteur d'électrons externe disponible et dépend du métabolisme cellulaire.

En aérobiose

En aérobiose, i.e. avec de $\ce{O2}$, i.e. en présence d'une chaîne respiratoire de transport d'électrons, le pyruvate peut subir :

Devenir du pyruvate
Devenir du pyruvate
(Figure : vetopsy.fr)

1. une décarboxylation oxydative irréversible pour former de l'acétyl-CoA grâce au complexe pyruvate déshydrogénase (loupeformation de l'acétyl-CoA), qui entre alors dans le cycle de Krebs (cycle de l'acide citrique) ;

$\ce{Pyruvate + CoA-SH + NAD+ -> NADH + H+ + CO2 + Acétyl-CoA}$

2. une carboxylation pour former de l'oxaloacétate qui entre aussi dans le cycle de Krebs (loupeformation de l'oxaloacétate) ;

$\ce{Pyruvate +HCO3- + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{oxaloacétate + ADP + Pi}$

bien

Ces deux réactions sont primordiales car le pyruvate mitochondrial ne sert pas uniquement à la production d'ATP, mais fournit également le carbone à plusieurs voies biosynthétiques majeures qui transitent par le cycle de Krebs (loupeintermédiaires du cycle de Krebs et biogenèse).

attention

Ces deux enzymes se trouvent dans la matrice mitochondriale, i.e. le pyruvate doit traverser les deux membranes mitochondriales, externe et interne par des canaux, respectivement par les VDAC (Voltage Dependent Anion Channel) et le MPC (Mitochondrial Pyruvate Carrier).

3. une transamination pour former de l'alanine (loupe cycle de Cahill).

$\ce{pyruvate + L-glutamate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{L-alanine + α-cétoglutarate}$

En anaérobiose

En anaérobiose, i.e. sans $\ce{O2}$, le pyruvate est réduit au cours de fermentations conduisant essentiellement :

Maladies et métabolisme aberrant du pyruvate

livre

La plus grande partie de ces chapitres provient de l'excellent article : Regulation of pyruvate metabolism and human disease 2014.

Le pyruvate est une molécule située au carrefour de plusieurs voies essentielles : la perturbation de son métabolisme joue un rôle essentiel dans de nombreuses affections :

bien

Ces affections sont traitées dans des chapitres spéciaux.

Insuffisance cardiaque
Insuffisance cardiaque
(Figure : vetopsy.fr d'après Manu5)

On trouve d'autres maladies où le rôle du pyruvate, bien que est moindre, pourrait améliorer sensiblement le traitement.

1. Dans l'insuffisance cardiaque, le cœur utilise la plus grande partie de son énergie grâce à la bêta-oxydation des acides gras, produisant de l'acétyl-CoA, qui est consommé à travers le cycle Krebs et la phosphorylation oxydative.

Les médicaments qui augmentent les quantités relatives d'oxydation du glucose amélioreraient l'efficacité cardiaque.

2. Dans des maladies chroniques évolutives, le dysmétabolisme du pyruvate en raison de l'inhibition excessive de pyruvate déshydrogénase (PDH) par la pyruvate déshydrogénase kinase (PDK) est important.

Métabolisme du pyruvate et cancer : effet Warburg

Bibliographie
  • Pas de bibliographie dipsponible !