- Voie des pentoses phosphates
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La voie des pentoses phosphates, ou voie de Warburg-Dickens-Horecker est l'une des quatre voies principales du métabolisme énergétique, avec la glycolyse, la voie d'Entner-Doudoroff de dégradation du glucose en pyruvate et la voie du méthylglyoxal. En 1959 Henri Laborit met en évidence le rôle de la voie des pentoses en radio et oxygéno-protection et des radicaux libres en pathologie.
Les rôles essentiels de cette voie sont :
- La production de molécules de NADPH,H+, utilisées lors de la synthèse des acides gras, du cholestérol et pour la réduction du glutathion
- La production de ribose-5-phosphate utilisé lors de la synthèse des nucléotides ;
- La production d'érythrose-4-phosphate, précurseur d'acides aminés aromatiques : phénylalanine, tyrosine et tryptophane.
Cette voie existe chez tous les eucaryotes et la quasi-totalité des bactéries. Elle est indépendante de l'oxygène. Elle se fait aussi bien en aérobiose qu'en anaérobiose, dans le cytoplasme.
Sommaire
Étapes de la voie des pentoses phosphates
La voie des pentoses est composée de deux phases. La première est une phase oxydative irréversible qui permet la formation de NADPH par réduction du NADP. La seconde est une phase non oxydative réversible qui permet la synthèse du ribose.
Phase oxydative
Durant cette phase, deux molécules de NADP+ sont réduites en NADPH en utilisant l'energie de conversion du Glucose-6-phosphate (G6P) en Ribose-5-phosphate.
Phase oxydative de la voie des pentoses phosphatesLa première étape est catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH). Cette étape d'oxydation permet la production du premier NADPH et produit de la 6-phosphoglucono-δ-lactone. Cette lactone est ensuite hydrolysée par une lactonase pour donner du 6-phosphogluconate. Le 6-phosphogluconate subit une décarboxylation oxydative catalysée par la 6-phosphogluconate déshydrogénase. Ceci produit un pentose phosphate, le ribulose-5-phosphate et génère une seconde molécule de NADPH.
Le ribulose-5-phospate (un cétose) subit ensuite une isomérisation catalysée par la phosphopentose isomérase qui donne le ribose-5-phosphate (un aldose), précurseur de la synthèse des nucléotides, ou une épimérisation catalysée par la "ribulose 5-phosphate-3-épimérase" qui mène au xylulose 5-phosphate.
L'augmentation de la concentration en NADPH va inhiber la glucose-6-phosphate déshydrogénase, il y aura donc une augmentation du glucose 6-phosphate pour la glycolyse.
Phase non oxydative (réversible)
Cette phase forme deux molécules de fructose-6-phosphate(F6P) et une molécule de glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) à partir du ribose phosphate généré lors de la première phase. Le F6P peut être utilisé pour reformer du G6P afin de recommencer la première phase oxydative.
Cette phase est catalysée par deux enzymes, la transaldolase et la transcétolase, qui agissent sur des sucres-phosphate (aldoses et cétose) à 3, 4, 5, 6 ou 7 carbones et catalysent des réactions de transfert de deux carbones (transcétolisation) ou de trois carbones (transaldolisation). Elles ont comme substrats et produits :
- Le glycéraldéhyde-3-phosphate (triose)
- L'érythrose-4-phosphate (tétrose)
- Le ribose-5-phosphate et le xylulose-5-phosphate (pentoses)
- Le fructose-6-phosphate (hexose)
- Le sédoheptulose-7-phosphate (heptose)
Ces différents sucres-phosphates sont utilisés dans diverses voies métaboliques : Le fructose et le glycéraldéhyde dans la glycolyse, l'érythrose dans la synthèse des acides aminés aromatiques, le ribose dans celle des nucléotides et le sédoheptulose dans celle du lipopolysaccharide de la paroi bactérienne.
Rôles métaboliques de la voie des pentoses
La voie des pentoses phosphate remplit trois rôles principaux dans les cellules vivantes.
Le premier est bien évidemment la biosynthèse du ribose qui est utilisé ensuite pour toute la synthèse des acides nucléiques, ARN et ADN. Pour l'ADN, le désoxyribose est en effet produit à partir du ribose par l'action de ribonucléotides réductases.
Le second rôle important de la voie des pentoses est de fournir de l'érythrose-4-phosphate, qui est un précurseur essentiel de la voie de biosynthèse des acides aminés aromatiques : phenylalanine, tyrosine et tryptophane chez les organismes capables de les produire.
Le troisième rôle important de la voie des pentose est de fournir du NADPH. Le NADPH est un cofacteur essentiel de la glutathion réductase, l'enzyme qui réduit le glutathion oxydé (GSSG) en glutathion réduit (GSH). Le glutathion réduit est essentiel au maintien de l'état redox de la cellule et à la lutte contre le stress oxydatif et toutes les espèces réactives de l'oxygène (radicaux libres, peroxydes...), en particulier via l'action de la glutathion peroxydase qui élimine le peroxyde d'hydrogene.
Ceci se produit par exemple dans les globules rouges au niveau de l'hémoglobine (Hb) où il y a formation de radical superoxyde et oxydation de l'hémoglobine, ce qui peut conduire à son agrégation et la formation de corps de Heinz. La réaction d'oxydation est dans ce cas la suivante :
(Hb)Fe2+ + O2 ⟶ (MetHb)Fe3+ + O2• -
Le radical superoxyde peut également être produit par la réaction de Fenton en présence de fer ou au niveau de la cytochrome oxydase dans les mitochondries et doit être éliminé. Ce processus est assuré par la superoxyde dismutase qui transforme le superoxyde en oxygène et peroxyde d'hydrogène. Ce dernier est ensuite éliminé par la glutathion peroxydase qui utilise le glutathion réduit. Toute cette chaîne nécessite le recyclage du glutathion et donc du NADPH, dont la production cellulaire est principalement assurée par la voie des pentoses. Ainsi, le déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase aboutit à une sensibilité accrue au stress oxydatif et à une maladie génétique appelée favisme.
Bilan
3 G6P + 6 NADP+ + 3 H2O ⟶ 2 F6P + G3P + 3 CO2 + 6 NADPH + 6 H+
Voir aussi
- Déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase (favisme) - Une maladie héréditaire qui interrompt la voie des pentoses.
Autres voies de dégradation du glucose :
- la glycolyse ;
- la voie d'Entner-Doudoroff.
Liens externes
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