La glycolyse, une cascade enzymatique en dix étapes, commence par la phosphorylation du glucose. Grâce à une série de réarrangements, le glucose est converti en fructose‑6‑phosphate, puis en fructose‑1,6‑bisphosphate, et enfin divisé en deux triose phosphates. Dans la seconde moitié, ces triose phosphates sont transformés en pyruvate, générant un rendement net de deux molécules d'ATP et de deux NADH par molécule de glucose. Ainsi, un glucose donne deux molécules de pyruvate et deux ATP.
La gluconéogenèse peut être initiée à partir de plusieurs substrats, notamment le lactate et d'autres précurseurs non glucidiques. Sa première réaction engagée est la conversion réversible du pyruvate en phosphoénolpyruvate (PEP), un intermédiaire également présent dans la glycolyse mais produit en sens inverse. Essentiellement, la gluconéogenèse reflète la glycolyse à l'envers, en utilisant les mêmes intermédiaires mais dans un ordre opposé.
Trois enzymes clés confèrent à la gluconéogenèse sa directionnalité distincte :la pyruvate carboxylase et la PEP carboxykinase (convertissant le pyruvate en PEP), la fructose-1,6-bisphosphatase (éliminant un phosphate du fructose-1,6-bisphosphate) et la glucose-6-phosphatase (déphosphorylant le glucose-6-phosphate pour libérer du glucose).
Le pyruvate peut être généré à partir d’acides aminés (en particulier les acides cétogènes) et de l’oxydation des acides gras. Par conséquent, les régimes riches en protéines ou en graisses peuvent fournir des substrats pour la synthèse du glucose dans le foie.
Le glucose sert de substrat dans la glycolyse et de produit de la gluconéogenèse. Les deux voies opèrent dans le cytosol, consomment de l'ATP et de l'eau et partagent plusieurs métabolites intermédiaires.
D'autres intermédiaires partagés comprennent le pyruvate, le phosphoénolpyruvate et les phosphates de triose. La nature en plusieurs étapes de ces voies permet une régulation précise par l'organisme, avec une activité fluctuant en fonction des états nutritionnels et d'activité physique.
La distinction fondamentale réside dans leur direction :la glycolyse dégrade le glucose pour en extraire de l'énergie (catabolique), tandis que la gluconéogenèse produit du glucose à partir de précurseurs non glucidiques (anabolisants).
Alors que la glycolyse se produit de manière omniprésente dans le cytoplasme de toutes les cellules, la gluconéogenèse est largement limitée aux tissus hépatiques et rénaux, où elle maintient la glycémie pendant le jeûne.
Comprendre ces voies est essentiel pour comprendre comment le corps équilibre la production d'énergie et l'homéostasie du glucose.