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La voie des pentoses phosphates

 
          Dernière mise à jour : 2021.11.19

 

Pentose Phosphate Pathway (PPP)
ou Hexose Mono Phosphate Shunt (HMPS).

La voie des pentoses phosphates est l'une des voies principales de dégradation du glucose en pyruvate. Elle a lieu dans le cytoplasme. Elle forme une voie alternative dans le métabolisme glucidique. Cette voie représente le "shunt" entre le métabolisme des graisses et des hydrates de carbone, puisque elle fournit les NADH nécessaires à la lipogenèse dans le cytoplasme.

 

La première étape est commune à celle de la glycolyse. Cette voie "shunt" (détourne) le passage de la glycolyse par certains des intermédiaires hexose-monophosphate. En effet, le Glucose-6P est à la fois le substrat de la voie des pentoses phosphates et celui de la glycolyse ; le choix relatif entre ces deux voies dépend des exigences cellulaires ponctuelles en énergie métabolique (ATP) et en précurseurs biosynthétiques (NADPH et ribose-5 phosphate).

 

La voie des pentoses phosphates se divise en deux parties :

 

    • une partie oxydative irréversible

    • un partie non oxydative et réversible

 

Cette voie métabolique est très active au niveau des tissus conjonctifs du cerveau (glia), des gaines de myéline, du cartilage, des parois des vaisseaux et de la barrière hémato-encéphalique. La survie, l'assimilation et la fonction de ces tissus sont dépendantes de cette voie. Toutefois, cette voie permet à ces tissus de résister à toute interruption dans les apports d'oxygène (hypoxie) via les globules rouges.

 

Sommaire :

 

Le but de cette voie

 

L'utilité de cette voie

 

La régulation de cette voie

 

Les interrelations entre le PPP et la glycolyse

 

Côté pratique

 

 

Contenu :

          

Le but de la voie des pentoses phosphates :

 

Le but de ce cycle est la production dans le cytosol de ribose 5-phosphate à partir de :

 

 

1 molécule de Glucose-6-phosphate   ---> via la 5-G6P déshydrogénase (G6PD)  --->   1 molécule de ribose-5-phosphate

 

comme précurseur dans la synthèse ultérieure de :

 

    • pentoses (via la phase non oxydative de la synthèse) :

      • le ribose (R5P) est un pentose, précurseur de la synthèse des nucléotides, des acides nucléiques et des coenzymes : ATP, ITP (InosineTriPhosphate), GTP, DNA, RNA, NAD+, FAD, CoA ...

      • le ribose est également un précurseur direct dans la synthèse des purines (adénosine, guanosine..., inosine (ribose + adénine)).

 

    • 2 molécules de NADPH (via la phase oxydative de la synthèse) indispensables

      • aux réactions réductrices de biosynthèse, en particulier de la synthèse des acides gras et des stéroïdes. En effet, il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction durant laquelle le Glucose-6-phosphate (G6P) cède des électrons au NADP+ (vit. B3!) en formant du NADPH, réaction catalysée par la G6P-déshydrogénase (G6PD).

      • dans les globules rouges, le NADPH est utilisé dans la synthèse (régénération) de l'antioxydant Glutathion (GSH).

 

 

          

L'utilité de la voie des pentoses phosphates :

 

Ce cycle est activé lorsque les besoins de NADPH et/ou de ribose sont élevés. En effet, ce cycle permet de maintenir de pouvoir réducteur de la cellule.

 

    • Le G6PD est responsable de la gestion des réserves de NADPH :

 

      • le NADPH est indispensable dans la synthèse (réductrice) des acides gras et du cholestérol.

      • le NADPH assure également la stabilité de la catalase et le maintien du glutathion dans sa forme réduite (activité antioxydative maximale dans les globules rouges).

 

    • Etant donné que ces 2 enzymes sont essentielles dans la détoxication du H2O2 dans l'organisme (le peroxyde d'hydrogène est une substance hautement toxique pour la cellule), l'activité de la G6PD est d'une importance cruciale. Sans NADPH, le H2O2 ne sera pas détruit et la cellule sera tuée.

 

Une déficience en G6PD, une affection génétique X chromosomique ou d'origine médicamenteuse (antimalariques, piroxicam (AINS) et sulfamides...), peut entraîner :

 

        • une hémolyse des globules rouges (et induire donc une anémie hémolytique)

        • une diminution de l'oxydation du glucose (diminution de la glycolyse) dans les globules blancs

        • une jaunisse néonatale (les globules rouges utilisent la voie des pentoses phosphates pour synthétiser des riboses et pour générer des quantités importantes de  NADPH, indispensables pour la réduction du glutathion)

 

En réalité, 30% de l'oxydation du glucose dans les cellules hépatiques passe par la voie des pentoses phosphates. Un excès des produits intermédiaires peut, via la gluconéogenèse, être récupéré par conversion en Glucose 6P (via la transcétolase en présence de TPP/vit B1 et de Mg) ou, lorsque la production d'ATP est nécessaire, être converti en pyruvate via la glycolyse et ensuite via le cycle de l'acide citrique.

 

---> Le ribose est utilisé par les cellules de l'organisme comme source primaire de toute l'énergie corporelle : l'ATP.

 

          

La régulation de la voie des pentoses phosphates :

 

Les besoins cellulaires pour le NADPH et des pentoses ne sont pas toujours égaux!

 

Le cycle est régulé de façons différentes :

 

    • dans la partie oxydative irréversible :

 

      • la déshydrogénase du Glucose 6-phosphate agit d'une manière irréversible : son activité est contrôlée par le rapport NADPH/NADP+ :

 

        • lorsque peu de NADPH est disponible, le cycle est activé par une augmentation des taux de NADP+

 

    • dans la partie non oxydative mais réversible :

 

      • la réaction réversible est contrôlée par les produits de la réaction :

 

        • lorsque les taux de NADPH sont plus importants que ceux du ribose 5-P, ce dernier sera transformé en fructose 6-P et en glycéraldéhyde 3-P; ces derniers seront reconvertis en glucose 6-P pour entrer à nouveau dans la voie des pentoses phosphates.

 

        • lorsque les taux du ribose 5-P sont plus importants que ceux de NADPH, les intermédiaires fructose 6-P et glycéraldéhyde 3-P seront transformés en ribose 5-P.

 

          

Les interrelations entre la voie des pentoses phosphates et la glycolyse :

 

    1. La cellule nécessite à la fois du NADPH et du ribose 5-phosphate :

 

La voie des pentoses phosphates est suivie  du résultat suivant :

 

 

Glucose-6 P (G6P) + 2 NADP+  + H2O  ---> ribose 5-P + NADPH + CO2

 

    1. La cellule a besoin de plus de ribose 5-P que de NADPH :

 

Le G6P va être transformé, par la voie de la glycolyse, en fructose 6-P et glycéraldéhyde 3-P ; ces intermédiaires seront transformés par la transaldolase et la transkétolase en ribose 5-P avec le résultat suivant :

 

5 G6P + ATP ---> 6 Ribose 5-P + ADP

 

 

    1. La cellule a besoin de plus de NADPH que de ribose 5-P :

 

Le ribose 5-P sera transformé en fructose 6-P et Glycéraldéhyde 3-P ; ces intermédiaires redonneront du G6P par la gluconéogenèse (ainsi, l'équivalent d'1 G6P va être totalement oxydé en CO2 avec libération concomitante de NADPH), avec le résultat suivant :

 

G6P + 12 NADP+ + 6 H2O  --->  6 CO2 + 12 NADPH + PI

 

    1. La cellule a besoin du NADPH de l'ATP mais pas de ribose 5-P :

 

Ce besoin simultané de NADPH et d'ATP implique que le ribose 5-P soit converti en fructose 6-P et en glycéraldéhyde 3-P comme dans le mode 3 ; par contre ces métabolites suivront la glycolyse (et non la gluconéogenèse) et produiront du pyruvate et ensuite de l'ATP dans le cycle de l'acide citrique, avec le résultat suivant :

 

3 G6P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP  ---> 5 pyruvate + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O

 

De cette façon, les activités de la voie des pentoses phosphates et de la glycolyse sont synchronisées.

 

          

Côté pratique :

 

La voie de pentoses phosphates est indispensable dans la production supplémentaire de ribose. Toutefois ce processus est très lent étant donné la disponibilité limitée de l'enzyme G6PD. Par contre, des suppléments de ribose pendant/après un effort physique intense accéléreront sensiblement (3 à 4x) la production d'ATP, assurant une récupération plus rapide et moins de fatigue. Pris avant l'effort, des suppléments de ribose favoriseront la prestation, suite à une meilleure disponibilité d'ATP.

 

Le ribose agit en collaboration avec la créatine et le CoQ10 (synergie). Voir aussi : "La diététique du sportif".

 

L'acide orotique (aussi appelé vitamine B13), un composant du lait (vache, chèvre, brebis, mais aussi dans p. ex. Molkosan°) ou formé à partir d'orotates (en général sous forme de chélates de minéraux), est métabolisé par la voie des pentoses phosphates. Cet acide orotique active la G6P-déhydrogénase (donc en même temps la voie des pentoses phosphates) et la biosynthèse des pyrimidines jusqu'à l'UMP (uridine monophosphate), nécessaire à la synthèse d'ARN (ce qui représente une activation de la synthèse protéique au niveau des parois vasculaires et du tissu cardiaque).

 

G6P  ---> G6P déhydrogénase  ---> ribulose 5P

 

UMP  + ribulose 5P  ---> incorporation d'Uracile dans l'ARN.

 

Les orotates sont donc indispensables.

 

 

          

 

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