Glucides : gluconéogenèse
Vue d'ensemble
Gluconéogenèse à partir du lactate

Vue d'ensemble

1. Les organismes hétérotrophes, du grec trophos, nourriture, et heteros, différent, contrairement aux êtres autotrophes, ne peuvent produite toute la matière organique nécessaire à leur fonctionnement et doivent la trouver dans le corps des êtres vivants ou morts qu'ils consomment.

2. Les animaux synthétisent leurs osides, i.e. lactose, glycogène... à partir du glucose, mais ne peuvent synthétiser le glucose lui-même qu'à partir :

• 

  du lactate produit par la fermentation (ou glycolyse) anaérobie,
• du glycérol provenant de l'hydrolyse des triglycérides,
• de certains acides aminés dit " glucoformateurs " provenant de l'hydrolyse des protéines.

Le glucose peut être aussi formé par interconversion des oses par les nucléotides-oses.

Remarque : le glucose peut aussi être obtenu par la glycogénolyse, mais il n'y a que des ruptures de liaison.

3. On peut préciser quelques définitions pour ne pas faire d'erreur.

• La glucogenèse peut être définie comme la genèse du glucose, par exemple chez les autotrophes, mais ce terme a quelquefois servi aussi à définir l'anabolisme du glucose à partir des glucides.
• Il faut privilégier le terme de gluconéogenèse quel que soit le point de départ, glucides, lipides…

De même, nous emploierons le terme gluconéogenèse, plutôt que glyconéogenèse, néoglucogenèse et néoglycogenèse pour faciliter les recherches.

Rôles de la gluconéogenèse

La gluconéogenèse est essentiellement localisée dans le foie et les reins et est déclenchée dans les circonstances physiologiques suivantes.

1. Lors du jeûne, i.e. hypoglycémie, lorsque les réserves de glycogène sont épuisées, ce sont le glycérol et les acides aminés dit " glucoformateurs " qui fabriquent le glucose nécessaire à une glycémie normale.

Le glucose est l'unique carburant énergétique du cerveau et des hématies.

2. Lors d'un exercice musculaire prolongé, l'organisme utilise le glycogène pour maintenir à court terme l'apport énergétique par la glycolyse pour apporter l'ATP par la phosphorylation oxydative des mitochondries.

Le muscle est alors en état d'anoxie et forme de l'acide lactique qui est transporté dans le foie pour suivre le cycle de Cori.

• 80 % est réutilisé pour la gluconéogenèse,
• 20 % est oxydé par l'intermédiaire du cycle tricarboxylique (de Krebs) pour apporter l'énergie nécessaire à la biosynthèse du glucose.

Formation du glucose à partir du lactate

Pour cette synthèse, à partir du lactate, un parcours inverse de celui de la glycolyse est impossible.

Les réactions fortement exergoniques catalysées par les trois kinases, i.e. l'hexokinase (réaction 1), la phosphofructokinase (réaction 3) et la pyruvate kinase (réaction 10), sont irréversibles.

Lors d'un exercice musculaire prolongé, le muscle est en état d'anoxie et la réaction suivante, catalysée par la lactate déshydrogénase (LDH ou LD), EC 1.1.1.27, est déplacée vers la droite :

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

Passage du pyruvate au phosphoénolpyruvate (PEP)

La réaction 10 irréversible de la glycolyse qui permet l'obtention du pyruvate à partir le phosphoénolpyruvate (PEP) grâce à la pyruvate kinase (EC 2.7.1.40) doit être contournée.

Formation d'oxaloacétate

Le pyruvate fixe un $\ce{CO2}$ grâce à un ATP pour être transformé en oxaloacétate par la pyruvate carboxylase (EC 6.4.1.1), trouvée dans les mitochondries.

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

Formation du phosphoénolpyruvate (PEP)

1. L'oxaloacétate fixe un phosphate du GTP par la phosphoénolpyruvate carboxykinase (EC 4.1.1.32) et perd simultanément un $\ce{CO2}$ pour former un phosphoénolpyruvate (PEP).

$\ce{Oxaloacétate + GTP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Phosphoénolpyruvate-PO3H2 + CO2 + GDP}$

2. La localisation de l'enzyme est variable suivant les espèces, mitochondriale ou cytoplasmique.

Lorsqu'elle est cytoplasmique, l'oxaloactétate doit sortir de la mitochondrie, et pour ce faire, doit subir une réduction réversible :

soit en malate, i.e. $\ce{+ 2H}$, par la malate déshydrogénase mitochondriale (EC 1.1.1.37) :

$\ce{Oxaloacétate mitochondrial + NADH + H+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Malate mitochondrial + NAD}$

$\ce{Malate mitochondrial}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Malate cytoplasmique}$

$\ce{Malate cytoplasmique + NAD+}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Oxaloacétate + NADH + H+}$

soit en aspartate, i.e. $\ce{+ NH2}$, par l'aspartate aminotransférase (ASAT ou AST), EC 2.6.1.1 :

$\ce{Oxaloacétate mitochondrial + glutamate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Aspartate mitochondrial + α-cétoglutarate}$

$\ce{Aspartate mitochondrial}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Asparatate cytoplasmique}$

$\ce{Aspartate + α-cétoglutarate}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Oxaloacétate + glutamate}$

Remarque : en règle générale, l'oxaloacétate entre dans le cycle de Krebs, et dans le cas de la gluconéogenèse, les acétyl-CoA seront dérivés vers la cétogénèse.

Hydrolyse des esters phosphoriques

1. La réaction 3 irréversible de la glycolyse, qui permet l'obtention du fructose-1,6-bisphosphate par le fructose-6-phosphate grâce à la phosphofructokinase (EC 2.7.1.11), doit être contournée.

Le fructose-1,6-bisphosphate perd son phosphate pour obtenir le fructose-6-phosphate, grâce à la fructose-1,6-bisphosphatase (EC 3.1.3.11).

$\ce{Fructose-1,6-bisphosphate + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{Fructose-6-phosphate + Pi}$

2. La réaction 1 irréversible de la glycolyse, qui permet l'obtention du glucose-6-phosphate par le glucose grâce à l'hexokinase (EC 2.7.1.1), doit être contournée.

Le glucose-6-phosphate est transformé en glucose par la glucose-6-phosphatase (EC 3.1.3.9), enzyme du réticulum endoplasmique, i.e. qui régule ainsi la glycémie chez les mammifères.

$\ce{Glucose-6-phosphate + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{Glucose + Pi}$

Bilan de la gluconéogenèse à partir du lactate

Le bilan global est :

$\ce{2(Lactate + ATP + GTP + ATP) + 3H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{Glucose + 4ADP + 2GDP + 6Pi}$

dans lequel :

• 1 ATP et 1 GDP sont utilisés par $\ce{Pyruvate + HCO3- + ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Phosphoénolpyruvate}$,
• 1 ATP pour la formation du 1,3-bisphospho-D-glycérate (réaction 7 de la glycolyse).

$\ce{3-phospho-D-glycérate + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{1,3-bisphospho-D-glycérate + ADP}$

Gluconéogenèse à partir des acides aminés et du glycérol