B2 · Métabolisme intermédiaire
Voie des pentoses phosphates
Décrire les phases oxydative et non oxydative de la voie des pentoses phosphates et ses deux produits : pouvoir réducteur et ribose. Relier son fonctionnement aux besoins cellulaires en biosynthèses et en défense contre le stress oxydant.
Biochimie structurale et métabolique7 min de lecture15 QCM corrigés
Finalité et organisation générale
La voie des pentoses phosphates constitue une voie parallèle au début de la glycolyse. Elle ne vise pas directement la production d'ATP. Son activité répond à deux besoins cellulaires distincts :
- fournir du NADPH pour les biosynthèses réductrices et la défense antioxydante ;
- fournir du ribose-5-phosphate pour la synthèse des nucléotides.
Le glucose-6-phosphate est donc un carrefour : il peut être engagé dans la glycolyse, stocké sous forme de glycogène ou dirigé vers la voie des pentoses phosphates. Ces orientations sont détaillées dans les fiches consacrées aux voies glucidiques correspondantes.
La voie comporte deux ensembles de réactions :
- une phase oxydative, irréversible, qui produit du ;
- une phase non oxydative, réversible, qui réorganise les squelettes carbonés selon les besoins cellulaires.
Phase oxydative
Oxydation du glucose-6-phosphate
La première réaction est catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase, ou G6PD. Elle oxyde le glucose-6-phosphate en 6-phosphoglucono--lactone. Simultanément, le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate oxydé, noté , capte des électrons et devient du .
Cette réaction est déterminante, car elle engage le glucose-6-phosphate dans la voie. Elle constitue également l'étape principale de régulation.
La lactone formée est ensuite hydrolysée en 6-phosphogluconate. Une seconde oxydation, catalysée par la 6-phosphogluconate déshydrogénase, produit un deuxième . Elle s'accompagne d'une décarboxylation, c'est-à-dire de la perte d'un atome de carbone sous forme de dioxyde de carbone, et conduit au ribulose-5-phosphate.
Ainsi, pour chaque molécule de glucose-6-phosphate engagée, la phase oxydative forme deux molécules de NADPH, une molécule de ribulose-5-phosphate et une molécule de dioxyde de carbone.
Régulation de la G6PD
L'activité de la G6PD dépend principalement du rapport entre et :
- une augmentation de la disponibilité en stimule l'oxydation du glucose-6-phosphate ;
- une accumulation de inhibe la G6PD.
Cette régulation est cohérente avec la fonction de la voie. Lorsque le NADPH est consommé, il est réoxydé en . Le substrat oxydé redevient alors disponible pour la G6PD, ce qui accélère la production de nouveau NADPH.
Phase non oxydative
Interconversion des pentoses
Le ribulose-5-phosphate formé pendant la phase oxydative peut subir deux transformations réversibles :
- une isomérisation le convertit en ribose-5-phosphate ;
- une épimérisation le convertit en xylulose-5-phosphate.
Le ribose-5-phosphate est nécessaire à la formation de la partie glucidique des nucléotides. Le xylulose-5-phosphate participe aux réactions de transfert de fragments carbonés.
Réarrangement des squelettes carbonés
La phase non oxydative utilise principalement deux enzymes.
Une première transcétolase transfère deux carbones du xylulose-5-phosphate vers le ribose-5-phosphate. Elle forme du glycéraldéhyde-3-phosphate, à trois carbones, et du sédoheptulose-7-phosphate, à sept carbones.
La transaldolase transfère ensuite trois carbones du sédoheptulose-7-phosphate vers le glycéraldéhyde-3-phosphate. Elle produit du fructose-6-phosphate, à six carbones, et de l'érythrose-4-phosphate, à quatre carbones.
Enfin, une seconde réaction de transcétolase transfère deux carbones du xylulose-5-phosphate vers l'érythrose-4-phosphate. Elle forme un second fructose-6-phosphate et un second glycéraldéhyde-3-phosphate.
Le bilan conserve les quinze atomes de carbone initiaux. Le fructose-6-phosphate et le glycéraldéhyde-3-phosphate rejoignent le métabolisme glucidique central, sans que la voie des pentoses phosphates constitue elle-même une voie de production directe d'ATP.
Adaptation aux besoins cellulaires
La réversibilité de la phase non oxydative permet plusieurs fonctionnements.
Besoin conjoint en NADPH et en ribose
Lorsque la cellule a besoin des deux produits, la phase oxydative fournit le NADPH et le ribulose-5-phosphate. Celui-ci est ensuite converti en ribose-5-phosphate pour la synthèse des nucléotides.
Besoin prédominant en ribose-5-phosphate
Lorsque le besoin en ribose dépasse celui en NADPH, les réactions non oxydatives peuvent fonctionner en sens inverse. Le fructose-6-phosphate et le glycéraldéhyde-3-phosphate sont alors réorganisés en pentoses phosphates, sans passage obligatoire par la phase oxydative et donc sans production concomitante de NADPH.
Besoin prédominant en NADPH
Lorsque la demande en pouvoir réducteur est élevée, la phase oxydative fonctionne activement. Les pentoses formés sont convertis par la phase non oxydative en fructose-6-phosphate et glycéraldéhyde-3-phosphate. Ces molécules retournent dans le métabolisme glucidique central et peuvent contribuer au renouvellement du glucose-6-phosphate. Le carbone est ainsi recyclé tandis que la production de NADPH se poursuit.
NADPH, biosynthèses et défense antioxydante
Biosynthèses réductrices
Une biosynthèse réductrice construit des molécules complexes en apportant des électrons aux intermédiaires réactionnels. Le NADPH fournit ces électrons. La voie des pentoses phosphates relie donc directement le métabolisme du glucose aux synthèses cellulaires nécessitant un environnement réducteur.
Le NADPH intervient également dans certains systèmes de détoxification et dans le maintien de protéines sous une forme chimique fonctionnelle.
Protection contre le stress oxydant
Le glutathion réduit, noté GSH, neutralise les peroxydes grâce à la glutathion peroxydase. Il est alors transformé en glutathion oxydé, noté GSSG. Pour restaurer le GSH, la glutathion réductase utilise les électrons fournis par le NADPH.
La séquence fonctionnelle est donc la suivante :
- les peroxydes oxydent le GSH en GSSG ;
- le NADPH fournit les électrons nécessaires à la réduction du GSSG ;
- le GSH régénéré peut de nouveau participer à l'élimination des peroxydes.
La voie des pentoses phosphates protège ainsi la cellule indirectement : elle ne neutralise pas elle-même les espèces oxydantes, mais fournit le pouvoir réducteur indispensable aux systèmes antioxydants.
Entre ton email pour débloquer le reste de cette fiche
Il reste 2 sections à lire — plus les QCM corrigés, l'examen blanc et le suivi. 72 h d'essai gratuit, sans carte bancaire.