Métabolisme du Glucose : étudier ses voies, enzymes et métabolites

Aperçu du métabolisme du glucose

Le métabolisme du Glucose est essentiel pour la vie des cellules mammaliennes. Les modifications dynamiques de ses étapes et dérivés sont impliquées dans beaucoup de maladies. Mesurer ses enzymes et métabolites importe hautement en recherche biologique et médicale. Advion Interchim Scientific propose un panel d’outils pour faire ces mesures rapidement, facilement et fiablement, de la R&D à la science clinique.

 

5 niveaux métaboliques pour le Glucose

ETAPES	PROCESSUS METABOLIQUES	ETAT PRANDIAL	ETAT INTERPRANDIAL	ETAT A JEUN
Absorption	Absorption des sucres simples par l’intestin. Distribution par le sang vers les cellules.	+++	+/-
Catabolisme	Glycolyse, cycle des acides tricarboxyliques (TCA) et phosphorylation oxydative; voie des Pentoses phosphate; métabolisme du fructose/galactose	+++	+++	+/-
Stockage d’énergie	Glycogénèse et synthèse lipidique	+++	+/-
Métabolisme	Gluconéogénèse; lipolyse, glycogénolyse; catabolisme des protéines		+/-	+++
Voies connexes	HMP shunt (PPP); fermentations. Rôle des dérivés glycosidiques dans la biosynthèse du cholestérol et cycle de l’urée.	+/-	+/-	+++

*Prandial : relatif au repas

Energie

Le glucose est la principale source d’énergie délivrée par la diète directement (nutriment) ou après digestion de polymères glycosidiques (amidon,…). Très soluble et mobile, il commande un processus essentiel de la respiration cellulaire pour former des composes riches en énergie utilisable : la voie métabolique ‘glycolyse’ produit à partir du glucose de l’ATP et du pyruvate, puis le Cycle TCA  oxide le pyruvate en NADH, GTP et FADH2, enfin finalement la voie de phosphorylation oxydative des mitochondries produisent de l’ATP. L’ATP active beaucoup de composes/reactions biochimiques.

– Glycolyse: 11 étapes

D-Glucose + 2ADP +2 Pi + 2 NAD+
⟶ 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 (NADH+H⁺) + 2 H₂O

– Cycle TCA : 10étapes / 8enzymes

1 Acetyl-CoA ⟶ 2 CO2 + 3 NADH+H+ + 1 FADH2 + 1 GTP + 1 CoA.

Bilan : Glucose + 6 O₂ ⟶ CO₂ + 6 H₂O + Energie (ATP/GTP)

Quand l’oxygène est limité, le pyruvate est éliminé sous forme de lactate et la glycolyse devient la source principale de production d’ATP ^{(Gatenby 2004)}.

 

De plus, le métabolisme du Glucose interagit avec le métabolisme des lipides, qui représente inversement une source substantielle d’énergie par β-oxydation d’acides gras.

Métabolisme du glucose et ses dérivés

*Le glucose, une fois phosphorylé en G6P pendant la glycolyse, alimente 3 autres voies clés:

• La Glycogénèse dans le foie et les muscles, c’est à dire la polymérisation du G6P en Glycogène (stockage du glucose / 3 étapes & enzymes). Les unités de glucose seront restituées durant l’état de jeun par la voie de la Glycogénolyse (3 étapes).
• Voie des Pentose Phosphate (PPP) : 3+5 réactions jouent un rôle important pour fournir des sucres phosphatés comme intermédiaire four la synthèse des acides nucléiques (DNA, RNA, CoEnzymes)
• Pentose phosphate pathway (PPP) : 3+5 réactions/enzymes fournissent des sucres phosphatés, intermédiaires clés pour la synthèse d’acides nucléiques (DNA, RNA, coenzymes) (fournit le Ribose -R5P-), pour la synthèse des lipides (via acCoA) et du LPS de la paroi bactérienne (via S7P), pour la synthèse des aa aromatiques (via E4P>PEP) et finalement pour la glycolyse/cycle TCA (via F6P & Glyceraldéhyde). Il génère aussi du NADPH utile autant pour l’anabolisme que pour la maintenance de l’homéostase redox intracellulaire afin de combattre le stress oxydatif. La voie PPP est ainsi à la croisée entre anabolisme et l’équilibre redox.
• Le métabolisme des sucres et de leurs dérivés interagit aussi avec la synthèse du cholestérol, le cycle de l’urée, et d’autres fonctions. Le Glucose module directement les voies de signalisation de la mort cellulaire, la nécrose et l’apoptose ^{[Zhao 2008]}.

*D’un autre côté, la gluconéogénèse est la formation de glucose, inverse à la Glycolyse donc, à partir de précurseurs dont le lactate (et le pyruvate), les acides aminés (en particulier alanine et glutamine) et, dans une moindre mesure, le glycérol.

Maladies et métabolisme du glucose

Il est clair que le glucose et ses dérivés contribuent à de nombreuses maladies, du diabète de type 2 aux cancers^{[Alfarouk 2020]}, mais aussi les infections, parasitaires, bactériennes ou biotechnologiques. Les pathologies directes du métabolisme des sucres incluent :

• Diabète sucré (mellitus)
• Intolérance au Lactose
• Malabsorption du Fructose
• Galactosémie
• Maladies du Glycogène

Comprendre les processus pathologiques et développer des médicaments requiert un suivi fiable des concentrations de glycosides clés et de l’activité d’enzymes impliquées. Certains sont liés à des déficiences d’enzymes particulières, et des biomarqueurs sont identifiés, mais souvent des dérégulations complexes impliquent un déséquilibre des couples [ATP]/[ADP] × [Pi] ou [NADPH]/[NADP⁺]. La recherche ouvre de nouveaux axes thérapeutiques, tel que le D‐β‐hydroxybutyrate et les cétones comme source alternative d’énergie pour certaines pathologies, et de nouveaux axes de diagnostic pour d’autres pathologies. Par exemple, de larges quantités de corps cétoniques (75% de βHB, puis l’acétoacétate (AcAc) puis l’acétone) sont trouvées dans le sang en cas de diabète, d’empoisonnement à l’alcool ou l’acide salicylique, des déficiences d’hormones, ou l’hypoglycémie de l’enfant.

Kits d’analyse de l’absorption et de la dégradation du glucose

De nombreux kits permettent de quantifier les métabolites clés du Glucose, afin d’étudier les réactions biochimiques in vitro, doser ces biomarqueurs dans des échantillons biologiques pour des études cliniques, des cultures cellulaires ou des tests cellulaires en R&D. La sélection suivante inclut le G6P, Pyruvate, et le lactate, l’ATP, le Glycogen et βHB, mais vous pouvez chercher en ligne ou demander à nos spécialistes pour tout autre intermédiaire des voies métaboliques du glucose.

 

Demander ici ou chercher en ligne les autres types de produits: Proteins; Peptides; Enzymes; ELISA Kits; Antibodies; Standards (e.g. #70048); Diagnostics

La notice technique NT-GLYmtb présente plus d’informations sur les voies métaboliques du glucose (étapes réactionnelles/enzymes; régulation…).