Glucides : dégradation du glucose
Voie des pentoses phosphates
(voie de Warburg-Dickens-Horecker)

Sommaire

La voie des pentoses phosphates, voie différente de celle de la glycolyse (voie d'Embden-Meyerhof), catabolise le glucose selon un processus oxydatif dans de nombreuses cellules.

Vue d'ensemble de la voie des pentoses

1. La voie des pentoses phosphates pour la dégradation oxydative du glucose est appelée aussi voie de :

Otto Heinrich Warburg (1880-1970),
Frank Dickens (1899-1986),
Bernard L. Horecker (1914-2010).

Otto Heinrich Warburg, Frank Dickens et Bernard L. Horecker
(Figure : vetopsy.fr)

Les différentes enzymes nécessaires à la réalisation de ce processus sont cytoplasmiques et localisées au niveau du foie, du tissu adipeux, des glandes mammaires en lactation et du cortex surrénalien.

Étapes de la phase oxydative

Cette phase conduit à 1 molécule de ribulose-5-phosphate à partir d'une molécule de glucose-6-phosphate ( étape 1 de la glycolyse)

1. Le glucose-6-phosphate est déshydrogéné par la glucose-6-phosphate déshydrogénase ou G6PDH (EC 1.1.1.49), enzyme à NADP+.

$\ce{Glucose-6-phosphate + NADP+}$ $\longrightarrow$ $\ce{6-phosphoglucono-δ-lactone + NADPH + H+}$

Phase oxydative de la voie des pentoses phosphates
(Figure : vetopsy.fr)

2. La 6-phosphoglucono-δ-lactone est ensuite hydrolysée par la 6-phosphogluconolactonase ou 6PGL (EC 3.1.1.31), pour donner du 6-phosphogluconate.

$\ce{6-phosphoglucono-δ-lactone + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{Acide 6-phosphogluconique + H+}$

d'où la réaction globale :

$\ce{Glucose-6-phosphate + NADP+}$ $\longrightarrow$ $\ce{Acide 6-phosphogluconique}$
$\ce{+ NADPH + H+}$

3. L'acide 6-phosphogluconique subit une décarboxylation oxydative par la 6-phosphogluconate déshydrogénase ou G6PDH (EC 1.1.1.44), enzyme à NADP+., conduisant au ribulose-5-phosphate, ester phosphorique.

$\ce{Acide 6-phosphogluconique}$
$\ce{+ NADP+}$ $\longrightarrow$
$\ce{Ribulose-5-phosphate + NADPH}$
$\ce{+ H+ + CO2}$

Étapes de la phase non oxydative

Formation des pentoses phosphates

1. Le ribulose-5-phosphate peut subir deux sortes de réactions pour parvenir à des pentoses phosphates.

a. La réaction d'isomérisation, catalysée par la phosphopentose isomérase (EC 5.3.1.6), conduit à l'aldose correspondant, le ribose-5-phosphate (R5P).

$\ce{Ribulose-5-phosphate}$ $\longrightarrow$ $\ce{Ribose-5-phosphate}$

b. La réaction d'épimérisation catalysée par la phosphopentose épimérase (EC 5.3.1.1), conduit au cétose épimère en 3, le xylulose-5-phosphate.

$\ce{Ribulose-5-phosphate}$ $\longrightarrow$ $\ce{Xylulose-5-phosphate}$

2. Ces deux réactions sont importantes car elles conduisent à des pentoses phosphates qui, au cours de réactions de transaldolisation et transcétolisation, permettront de reformer des dérivés pouvant s'intégrer dans la glycolyse, en particulier des hexoses phosphates.

Toutes les réactions précédentes peuvent être résumées par l'équation :

$\ce{Glucose-6-P + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{Pentose-5-P + CO2 + 2 H2}$

Interconversions des pentoses phosphates

Enzymes de conversion

Les interconversions des pentoses phosphates sont fournies par les réactions de transaldolisation et transcétolisation, i.e. des fragments à deux ou trois atomes de carbone sont transférés à partir d'un cétose sur un aldose accepteur.

Dans tous les cas, interviennent les esters phosphoriques des oses.

Transcétolase

1. La transcétolase (EC 2.2.1.1) catalyse le transfert d'un fragment d'ose, i.e. glycolaldéhyde " activé " ($\ce{HC(=O)-CH2-O}$), à partir du xylulose-5-phosphate, cétose donneur, sur un aldose accepteur.

Au cours de la réaction, le groupe glycolaldéhyde n'apparaît jamais à l'état libre, i.e. il est d'abord pris en charge par la thiamine pyrophosphate (TPP) ou thiamine diphosphate, coenzyme de la transcétolase.

Exemple de transcétolisation
(Figure : vetopsy.fr)

2. L'aldéhyde " activé " est ensuite transféré sur l'aldose accepteur, ribose-5-phosphate (R5P) ou érythrose-4-phosphate.

Lorsque le ribose-5-phosphate (R5P) est l'accepteur, il se forme un cétose à sept atomes de carbone, le sédoheptulose-7-phosphate, et un triose, le glycéraldéhyde-3-phosphate.
Lorsque l'érythrose-4-phosphate est l'accepteur, il se forme un cétose à six atomes de carbone, le fructose-6-phosphate et un triose, le glycéraldéhyde-3-phosphate.

Transaldolase

1. La transaldolase (EC 2.2.1.2) catalyse le transfert d'un fragment à trois atomes de carbone (dihydroxyacétone ou DHA ), à partir d'un cétose , qui, suivant le sens de la réaction, est :

soit le sédoheptulose-7-phosphate,
soit le fructose-6-phosphate.

2. L'aldose accepteur est :

soit le glycéraldéhyde-3-phosphate,
soit l'érythrose-4-phosphate.

3. L'enzyme ne semble pas nécessiter la présence d'une coenzyme.

Remarque : au cours de la glycolyse, la fructose-bisphosphate aldolase ou aldolase B (EC 4.1.2.13), enzyme différente de la précédente, catalyse la scission du fructose-1,6-bisphosphate en deux trioses ( étape 4 de la glycolyse) :

$\ce{β-D-fructose-1,6-bisphosphate}$
$\leftrightharpoons$
$\ce{D-glycéraldéhyde-3-phosphate}$
+ $\ce{dihydroxyacétone phosphate}$

Cette réaction réversible permet la synthèse des hexoses au cours de la gluconéogenèse.

La combinaison des réactions catalysées par la transcétolase et la transaldolase permet une grande variété d'interconversions au cours du métabolisme glucidique, i.e. interconversions hexoses, heptoses, pentoses, tétroses et trioses.

Réactions

1. Les interconversions des pentoses phosphates peuvent se résumer ainsi :

$\ce{2 Pentoses-5-P} $ $\longrightarrow$ $\ce{Triose-3-P (glycéraldéhyde) + Heptulose-7-P (sédoheptulose) }$

$\ce{Triose-3-P (glycéraldéhyde) + Heptulose-7-P (sédoheptulose) }$ $\longrightarrow$ $\ce{Fructose-6-P + Tétrose-4-P (érythrose)}$

$\ce{Pentose-5-P + Triose-4-P} $ $\longrightarrow$ $\ce{Fuctose-6-P + Triose-3-P}$