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La gluconéogenèse

 

Dernière mise à jour : 2021.11.19

 

 

Les besoins énergétiques de l'organisme (ATP) sont normalement couverts par les deux voies de glycolyse, en aérobiose et en anaérobiose :

 

    • fondamentalement, la glycolyse en anaérobiose passe avant celle en aérobiose, parce que :

      • la glycolyse anaérobie génère plus rapidement de l'ATP que la glycolyse aérobie.

 

Lors d'un effort majeur, l'oxygène disponible dans les muscles et le cerveau diminue et limite la conversion de glucose en énergie via la phosphorylation oxydative. Dans une pareille situation, les muscles produisent de l'acide lactique comme carburant alternatif, le cerveau également. Par rapport aux muscles, le cerveau utilise même 2 x plus de lactate que de glucose. Le lactate utilisé provient partiellement des muscles AMC-magazine, 12/2008, Irene van Elzakker, NL .

 

    • l'apport de glucose doit être assuré par recyclage en glucose ou glycogène de l'acide lactique formé durant la glycolyse en anaérobiose

 

Ce processus, la gluconéogenèse, se déroule dans le foie et les reins. Elle est énergétiquement très coûteuse (4 ATP!) mais empêche l'acidification des tissus.

 

    • exceptionnellement, les cellules cérébrales font appel à la glutamine et aux corps cétoniques pour générer ses besoins d'ATP (lire aussi : "Le régime cétogène"). Fondamentalement, la gluconéogenèse est un forme de production énergétique d'épargne de glucose, afin d'assurer un apport cérébral suffisant de glucose.

 

Sommaire :

 

L'input et les réactions de la gluconéogenèse

 

L'output de la gluconéogenèse

 

Le rôle de la gluconéogenèse

 

L'importance de la gluconéogenèse

 

Les risques de la gluconéogenèse

 

Schémas

 

Contenu :

          

L'input et les réactions de la gluconéogenèse :

 

Lactate  ---> LDH  --->  pyruvate  ---> pyruvate carboxylase/biotine et ITP + ATP ---> oxaloacétate  ---> PEP  --->  3-phosphoglycérate  ---> 3-phosphoglycéraldehyde  ---> fructose 1.6-phosphate  ---> fructose 6-phosphate  ---> glucose 6-phosphate  ---> glucose  ---> glycogène

 

    • dont la conversion :

 

      • du lactate  ---> pyruvate se déroule dans le cytosol

      • du pyruvate  ---> oxaloacétate se déroule dans les mitochondries (nécessite de l'ATP!)

      • de l'oxaloacétate  ---> PEP  ---> glucose se déroule dans le cytosol

 

    • éventuels substrats de la gluconéogenèse :

 

      • le lactate : 60% (recyclage via la glycolyse en anaérobiose) : peut entraîner un déficit de biotine

      • le pyruvate : 5% (via le cycle du citrate-pyruvate)

      • l'alanine : 5% (protéolyse des protéines musculaires (essentiellement) ou alimentaires) : son épuisement peut entraîner :

        • une plus faible gluconéogenèse

        • une diminution de la synthèse de CoA

        • une cétose accrue

        • une faiblesse musculaire : étant donné que l'alanine est une source d'énergie pour les tissus musculaires

        • une hypoglycémie : puisque l'alanine est un régulateur dans le métabolisme des hydrates de carbone

        • une perturbation du transport d'azote (en association avec la glutamine)

      • la glutamine : 10% (idem) : à lire : les éventuelles conséquences d'un épuisement de la glutamine

      • le glycérol : 20% (via la mobilisation de graisses à partir des tissus adipeux ou de l'alimentation) : peut entraîner un amaigrissement

 

    • biotine : une consommation excessive de biotine (en cas de stress sévère) pourrait entraîner :

      • un ralentissement du cycle d'urée : la biotine est aussi utilisée dans la fixation d'ornithine sur le carbamyl-phosphate en formant de la citrulline.

      • un ralentissement de la synthèse d'acides gras : la biotine est également un cofacteur de la AcCoA carboxylase dans la carboxylation de l'AcCoA vers la malonyl-coenzyme A, une molécule clé dans la formation de chaînes d'acides gras à l'aide de l'acide gras-synthase (FAS : Fatty Acid Synthase).

      • conséquences :

        • inhibition du cycle citrate-pyruvate et

          • à son tour, le citrate non utilisé pourrait inhiber la glycolyse anaérobie en freinant d'une façon allostérique la phosphofructokinase, qui à son tour

            • freinerait la PPP-shunt entraînant

            • activerait la gluconéogenèse à partir de l'alanine et de la glutamine

 

Voir aussi : "Stress catabolique".

 

          

L'output de la gluconéogenèse :

 

Pendant la gluconéogenèse, le glucose est donc formé à partir de protéines et de graisses (des précurseurs non glucidiques tels que acides aminés, lactate, glycérol, pyruvate, ...) :

 

    • La gluconéogenèse n'est pas exactement l'inverse de la glycolyse bien qu'elle remonte les 7 dernières étapes de la glycolyse. Cependant, les 3 étapes restantes sont exergoniques et donc irréversibles. Elles peuvent être déroulées à l'aide d'autres enzymes dans la gluconéogenèse.

 

    • La glycolyse et la gluconéogenèse ne sont pas actives au même moment.

      • en effet, l'hormone glucagon signale un taux insulinique trop faible dans le sang, arrête la glycolyse et active la gluconéogenèse.

      • un effort musculaire excessif accompagné d'une acidose métabolique (acide lactique!) accélère la gluconéogenèse et élimine ainsi le lactate toxique.

 

    • La régulation glycolyse/gluconéogenèse est très importante : parce que la glycolyse génère 2 molécules d'ATP, contrairement à la gluconéogenèse qui consomme l'équivalent de 4 ATP.

 

          

Le rôle de la gluconéogenèse :

 

Grâce à la gluconéogenèse, l'organisme produit lui-même le glucose qu'il a besoin, même avec un régime 100% sans sucres! La gluconéogenèse sert d'une façon permanente à garder le niveau de glycémie, à garder en balance l'insuline et le glucagon, à activer la glycolyse aérobie avec l'acide lipoïque et la voie des pentoses phosphates. Mais une gluconéogenèse accrue représente une situation de danger pour toutes les fonctions corporelles.

 

Lorsque la glycémie est basse, il est impossible d'arrêter la gluconéogenèse : la glycémie augmentera même avec un régime sans sucres.

 

Lorsque l'insulinémie est basse, et la glycémie relativement élevée, votre glycémie diminuera même si vous ingérez des glucides.

 

Parce que l'insuline n'assure pas ici l'absorption du glucose par les cellules. Ici elle peut arrêter la capacité du foie de produite du glucose (gluconéogenèse).

 

La gluconéogenèse assure un apport de glucose en cas  :

 

    • de pénurie de glucose dans les cellules (cérébrales...) et,

    • lorsque les taux d'acide lactique s'élèvent,

    • de situations de stress : stimulation de la gluconéogenèse par le cortisol/adrénaline (glande surrénale).

 

(peut entraîner ---> un épuisement  du cofacteur, la biotine : cependant, cette vitamine est indispensable dans le cycle d'urée et dans la lipogenèse)

 

Si la gluconéogenèse fait défaut p. ex. dans des situations de stress important : l'organisme peut mobiliser des lipides à partir des réserves adipeuses. La mobilisation de lipides à partir des réserves adipeuses lors d'un état de glucopénie (disponibilité insuffisante de glucose) entraîne l'hydrolyse de graisses en acides gras libres et en glycérol. Ce glycérol pourrait être utilisé ensuite comme précurseur dans le recyclage du glucose via la gluconéogenèse (cercle visqueux).

 

          

L'importance de la gluconéogenèse :

 

La gluconéogenèse est

 

    • d'une importance vitale pour le cerveau et pour les érythrocytes (ne possèdent pas de mitochondries).

 

    • indispensable dans la dégradation du lactate toxique, produit de la combustion en anaérobie du pyruvate.

 

    • cruciale dans la récupération de NAD+  :

      • le rapport NAD+/ NADH détermine le rapport pyruvate/lactate (1/10)

      • le rapport NAD+/ NADH est à son tour déterminé par la réduction d'oxygène dans la chaîne respiratoire mitochondriale : tant que la production de NADH dans la glycolyse en anaérobiose est plus rapide que sa réoxydation dans la chaîne respiratoire, la voie pyruvate ---> le lactate dominera.

 

 

          

Les risques de la gluconéogenèse  :

 

Une gluconéogenèse accrue forme une menace pour le système cardiovasculaire :

 

    • hypoglycémie cérébrale : un stress excessif peut stimuler fortement la gluconéogenèse avec un risque d'une hypoglycémie cérébrale réactive.

 

    • fatigue : causée par une production insuffisante d'ATP par activation excessive de la voie de lactate (glycolyse anaérobie) à la place du cycle de l'acide citrique.

 

    • calcification cellulaire : dans des situations de stress intense, beaucoup d'ions calcium migrent du cytoplasme vers l'intérieur de la cellule ;

      • un excès de calcium intracellulaire peut activer anormalement les systèmes enzymatiques locaux (perte de fonction par blocage ou suractivation) ;

      • un excès de calcium bloque également la pompe Na/K-ATPase au niveau de la membrane cellulaire et le calcium peut se précipiter dans le cytoplasme sous forme de phosphate calcique.

 

 

    • syndrome X (induit par une hyperglycémie/hyperinsulinémie) : la gluconéogenèse (p. ex. activée par du stress) amène plus de glucose dans la circulation sanguine --> élévation de la production insulinique.

 

    • glycation : une gluconéogenèse accrue augmente le risque de produits de Maillard à partir de glucose et d'amines.

 

    • symptômes inflammatoires (par immunosuppression) : l'hormone cortisol (stress) déprime le système immunitaire et rend l'organisme plus vulnérable aux infections.

 

    • angine de poitrine (par une hypoxie et une acidification tissulaire) :

 

      • un déséquilibre entre la glycolyse en aérobiose et en anaérobiose, avec avantage pour cette dernière, entraîne une accumulation d'acide lactique dans les tissus, entraînant ainsi une acidose lactique ; les tissus acidifiés risquent de perdre leurs fonctions normales, ce qui peut induire une situation pathologique.

 

      • la consommation de la biotine comme cofacteur dans la gluconéogenèse accrue ---> épuisement des réserves de la biotine : or, cette vitamine est indispensable dans le cycle d'urée et dans la lipogenèse).

 

        • la consommation de la biotine freine le cycle d'urée : étant donné que celui est couplé au cycle de l'acide citrique, la glycolyse en aérobiose est freinée par rapport à la formation de lactate.

 

        • un retard dans la lipogenèse freine le cycle du citrate-pyruvate  :

          • le citrate non utilisé freine la glycolyse par inhibition allost_#xe9;rique de la phosphofructokinase.

            • l'inhibition de la glycolyse en aérobiose peut aussi avoir une influence sur la voie des pentoses phosphates (PP) (cette voie dépend de la glycolyse);

              • la voie PP est indispensable, avec le cycle de citrate-pyruvate, pour l'apport suffisant de NADPH nécessaire dans la lipogenèse.

 

    • balance négative du métabolisme de l'azote (par catabolisme protéique) :

 

    • dans la gluconéogenèse, 25% des sources proviennent de la protéolyse des protéines musculaires : le premier acide aminé impliqué dans la conversion des protéines en glucose est l'alanine. L'alanine n'est pas un acide aminé essentiel : elle peut être synthétisée dans le tissu musculaire à partir du pyruvate et dans l'intestin à partir de la glutamine. Sachant que la glutamine est également consommée dans une gluconéogenèse affolée (voir : "Input et réactions de la gluconéogenèse"). 

 

Voir aussi : Le terrain, Le profil du stress

 

             

   Schémas  :

 

                                          

La gluconéogenèse

 

 

 

 

Gluconéogenèse : La formation de glucose à partir de précurseurs non glucidiques tels que acides aminés, lactate, glycérol, pyruvate...                   

 

 

 

 

 

Le dihydroxy acétone phosphate (DHAP) peut former des triglycérides avec des acides gras (métabolisme lipidique)

 

 

 

 

 

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