La voie des pentoses phosphates est une voie alternative du métabolisme du glucose qui génère du NADPH pour les biosynthèses réductrices et du ribose-5-phosphate pour la synthèse des nucléotides. Elle opère dans le cytoplasme et est particulièrement active dans les tissus ayant des taux élevés de synthèse d’acides gras ou de stéroïdes, tels que le foie, le tissu adipeux et le cortex surrénalien.
Vue d’ensemble et localisation
La voie comprend deux phases distinctes : une phase oxydative qui génère du NADPH et du ribulose-5-phosphate, et une phase non oxydative qui interconvertit les sucres phosphates. Contrairement à la glycolyse, la voie des pentoses phosphates ne produit pas d’ATP, et ses produits principaux sont le NADPH et le ribose-5-phosphate.
Phase oxydative
La phase oxydative est irréversible et implique trois réactions séquentielles. La glucose-6-phosphate déshydrogénase catalyse la première étape engagée, oxydant le glucose-6-phosphate en 6-phosphoglucono-delta-lactone tout en réduisant le NADP+ en NADPH. C’est l’enzyme limitante de la voie et elle est étroitement régulée par le rapport NADPH/NADP+. La lactonase hydrolyse ensuite la lactone en 6-phosphogluconate, qui est décarboxylé par la 6-phosphogluconate déshydrogénase pour produire du ribulose-5-phosphate et une deuxième molécule de NADPH et de CO2.
Phase non oxydative
La phase non oxydative est réversible et relie la voie des pentoses phosphates à la glycolyse. Le ribulose-5-phosphate est isomérisé en ribose-5-phosphate par la ribulose-5-phosphate isomérase ou épimérisé en xylulose-5-phosphate par la ribulose-5-phosphate épimérase.
Une série de réactions de transcétolase et de transaldolase interconvertissent les pentoses phosphates avec les intermédiaires glycolytiques. La transcétolase transfère des unités à deux carbones et nécessite la thiamine pyrophosphate comme cofacteur. La transaldolase transfère des unités à trois carbones. Ces enzymes peuvent produire du fructose-6-phosphate et du glycéraldéhyde-3-phosphate à partir des pentoses phosphates, permettant à la voie de s’alimenter dans la glycolyse lorsque la demande en NADPH dépasse celle en ribose-5-phosphate.
Régulation
La voie est principalement régulée par l’activité de la glucose-6-phosphate déshydrogénase. Des niveaux élevés de NADPH inhibent l’enzyme, tandis que le besoin en NADPH ou en ribose-5-phosphate active le flux à travers la voie. L’insuline augmente l’expression de la glucose-6-phosphate déshydrogénase, augmentant l’activité de la voie à l’état nourri. Le besoin cellulaire détermine quels produits sont privilégiés : lorsque le NADPH est nécessaire mais pas le ribose-5-phosphate, la phase non oxydative recycle les pentoses phosphates en intermédiaires glycolytiques.
Rôles physiologiques
Le NADPH produit par la voie des pentoses phosphates remplit plusieurs fonctions critiques. Il fournit des équivalents réducteurs pour la synthèse des acides gras et des stéroïdes, maintient le glutathion réduit pour la défense antioxydante, et soutient l’activité du cytochrome P450 dans le foie. La voie produit également du ribose-5-phosphate pour la synthèse des nucléotides et des acides nucléiques, ce qui est particulièrement important dans les cellules à division rapide.
Déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase
Le déficit en G6PD est le déficit enzymatique le plus courant dans le monde, affectant plus de 400 millions de personnes. C’est un trouble lié à l’X qui altère la production de NADPH, réduisant la capacité de la cellule à combattre le stress oxydatif. Les personnes atteintes présentent une anémie hémolytique déclenchée par des stress oxydatifs tels que certains médicaments (primaquine, sulfamides), les fèves ou les infections. Les globules rouges sont particulièrement vulnérables car ils manquent d’autres voies de production de NADPH.
