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Néoglucogenèse استحداث الجليكوز

La néoglucogenèse (gluconéogenèse) est la synthèse du glucose à partir de précurseurs non-glucidiques dans des situations métaboliques particulières (exemples le jeûne, le diabète).

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Néoglucogenèse Neoglucogenesis استحداث الجليكوز

Précurseurs non glucidiques = Pyruvate, Lactate (résultat d'un Exercice physique excessif), Glycérol (issu de l'hydrolyse des triglycérides) et Cétoacides (provenants de la désamination des acides aminés glucoformateurs qui sont au nombre de 13: Gly, Ala, Val, Ser, Asp, Asn, Glu, Gln, His, Met, Pro, Cys et Arg).
Néoglucogenèse

Est ce que la néoglucogèse constitue l'inverse de la glycolyse ? Ce n'est pas exactement l'inverse de la glycolyse, malgré l'existence de points communs. En effet, les voies biochimiques empruntées par la néoglucognèse ne sont pas toutes identiques à celles de la glycolyse. les étapes de la néoglucogenèse contournent les étapes irréversibles rencontrées dans la glycolyse (étapes 1, 3 et 10 représentées dans la figure ci dessous).

Glycolyse

La néoglucogenèse est un mécanisme anabolique qui se produit en permanence, en particulier lors d'un déficit alimentaire (jeûne) et diabète, pour le maintien de la glycémie. La synthèse de glucose par néoglucogenèse est réalisée au niveau du cytosol, majoritairement au niveau du foie mais également au niveau du rein (principalement à partir d’acides aminés).

Pour faire la synthèse du glucose, la néoglucogenèse contourne les étapes irréversibles rencontrées dans la glycolyse (étapes en bleu dans schéma ci dessous)

Néoglucogenèse à partir du pyruvate.

La convertion du pyruvate en glucose mobilise des compartiments mitochondriaux et cytosoliques.

1- Passage de l'acide pyruvique à l'acide phospho énol pyruvique

Etant donné que la néoglucogenèse doit franchir certaines étapes irréversibles de la glycolyse, elle est coûteuse énergiquement. Ainsi pour la première étape de la néoglucognèse où le pyruvate doit donner le phosphoénolpyruvate (PEP), une simple inversion de la réaction catalysée par la pyruvate kinase n'est pas suffisante, mais la formation du PEP ne peux être menée que par une séquence de réactions qui demandent la coopération entre des enzymes du cytosol et des mitochondries (le détour par les mitochondries est nécessaire).

Glycolyse néoglucogenèse
Oxaloacetate-malate dans mitochondrie


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En effet, le passage du pyruvate en PEP se fait en 2 étapes:

1/ Le pyruvate est d'abord transformé en oxaloacétate par la pyruvate carboxylase, enzyme mitochondriale qui a besoin de biotine (vitamine, transporteur de CO2) :

Pyruvate + HCO3- + ATP -----> oxaloacétate + ADP + Pi (Pyruvate carboxylase, mitochondries)

2/ La décarboxylation exergonique de l'oxaloacétate par la PEP carboxykinase, enzyme cytosolique, fournit l'énergie nécessaire à la synthèse du PEP :

Oxaloacétate + GTP -----> PEP + CO2 + GDP (PEP carboxykinase, cytosol)

L’oxaloacétate est un intermédiaire du cycle de Krebs et de la néoglucogenèse. Une concentration élevée d’acétylCOA signale le besoin en oxaloacétate supplémentaire.
- S’il y a un surplus d’ATP, l’oxaloacétate est dirigé vers la néoglucogenèse
- S’il y a un déficit d’ATP, l’oxaloacétate est dirigé vers le cycle de kreb

Il faut noter que La mitochondrie est imperméable à l'Oxaloacétate (OA) qui doit sortir dans le cytosol pour participer à la gluconéogenèse. L'OA quitte la mitochondrie sous forme de malate qui sera réoxydé en OA au sein du cytosol (voir figure).

Bilan énergétique:

Pyruvate + ATP + GTP + HCO3- ---> PEP + ADP + GDP + Pi + H+ + CO2

Le bilan des réactions de biosynthèse conduisant du pyruvate au glucose est :

2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O ---> Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+

Ce coût énergétique est nécessaire pour assurer l'irréversibilité de la néoglucogenèse.

2- Passage du fructose-1,6 bis-phosphate en glucose-6-phosphate

3- Passage du glucose-6-phosphate en glucose

Pour arriver au glucose à partir du glucose-6-phosphate, il faut contourner l'action de l'hexokinase (glycolyse). Cest la glucose-6 phosphatase qui assure ce rôle.


Néoglucogenèse à partir du glycérol.
La glycérol kinase joue un rôle important en phosphorylant le glycérol en présence de l'ATP. Le gycérol phosphate obtenu est transformé en phospho dihydroxy acétone (DHAP) sous l'action de glycérol 3 phospho déshydrogénase Glycerol-Glucose

Néoglucogenèse à partir du lactate. Cycle des Cori.
Au cours d’un exercice violent, la vitesse de production du pyruvate par la glycolyse excède la vitesse d’oxydation du pyruvate par le cycle de Kebs. La vitesse de formation du NADH est plus grande que la vitesse de son oxydation par la chaîne respiratoire. L’accumulation du NADH et du pyruvate va former du lactate. Ce dernier est repris par le sang pour être conduit au foie où il sera transformé en pyruvate puis en glucose. Ce dernier et transféré dans le sang. Ce cycle est appelé 'Cycle des Cori' du nom Carl Ferdinand Cori et Gerty Theresa Cori.
Néoglucogenèse

Néoglucogenèse à partir des acides aminés glucoformateurs

Gluconéogenèse. Acides aminés


Régulation réciproque de la néoglucogenèse et de la glycolyse
La n éoglucogenèse et la glycolyse se déroulent, toutes, dans le cytosol. Des conflits peuvent apparaître au niveau de l'utilisation des intermédiaires communs entre la glycolyse et la néoglucogenèse. Les deux processus ne répondent pas aux mêmes objectifs, la glycolyse produit de l'énergie, alors que la néoglucogenèse la conserve. La régulation réciproque des 2 processus s’impose de manière à les ajuster en fonction de l’état énergétique et des besoins cellulaires ou des tissus. En effet, lorsque l'une est inhibée l'autre est active et vice versa. Le principal signal qui règle cette régulation est le rapport ATP/AMP.

Régulation allostérique de la néoglucogenèse:

deux couples d’enzymes: Phosphofructokinase1/Fructose 1,6-bisphosphatase 1 (PFK1/FBP1) et Pyruvate déshydrogénase/Pyruvate carboxylase (PDH/PC).

- ATP/AMP est élevé: les besoins en ATP et en précurseurs biosynthétiques sont satisfaits. La glycolyse ralentit et l'excès du puruvate est transformé en glucose par néoglucogenèse.

- ATP/AMP est très faible: La glycolyse et la phosphorylation oxydative doivent fonctionner activement pour satisfaire les besoins en ATP.

Régulation hormonale de la néoglucogenèse.

- Cas d'excès en glucose: l’insuline entraine une augmentation de la concentration de F2,6 BiP ce qui stimule la glycolyse et inhibe la néoglucogénèse
- Cas d'un déficit en glucose: le glucagon entraine une baisse de la concentration du F2,6 BiP ce qui stimule la néoglucogénèse et inhibe la glycolyse

Le rapport insuline/glucagon contrôle le métabolisme glucidique. Quand la glycémie baisse, la première ligne d’adaptation est la diminution de l’insulinémie et la stimulation de la synthèse du glucagon, hormone hyperglycémiante. La stimulation de la néoglucogenèse étant lente, la nécessité d’un substrat énergétique facilement dégradable en glucose, le glycogène, permet le maintien de la glycémie au début du jeûne.

Vidéo du TP Glucose-6-phosphatase et néoglucogenèse au niveau du foie de lapin dans une situation 'nourri' et une situation 'à jeun':


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