biochimie métabolique

1. BIOCHIMIE
METABOLIQUE
Dr OUATTARA B
médecin certifié en diététique et
nutrition communautaire

2. Programme
Métabolisme des glucides
Métabolisme des lipides
Métabolisme des protéines

3. Gestion de nutriments
=
travail permanemment???

4. L’obésité :le mal du siècle
Augmentation de maladies cardiovasculaires, diabètes, AVC

5. Inutile
Inutile

6. Chapitre 1: Généralités
A la fin du cours l’étudiant doit être capable de:
•Identifier le catabolisme et l’anabolisme
•Maîtriser les grandes Voies métaboliques Biologiques
•Maîtriser les grandes Voies métaboliques Bioénergétiques
•Identifier les liens réactionnels entre les différents métabolismes
•Analyser le rôle des processus de régulation métabolique
•Analyser le rôle des processus de régulation Métabolique dans le maintien de la fonction
de la cellule et de l’organisme

7. INTRODUCTION
Le métabolisme = ensemble des réactions biochimiques dans la cellule
• Fonction:
La production d’énergie chimique (ATP) à partir de l’énergie solaire ou de la
dégradations des nutriments (aa, ag, glucides)
Conversion des nutriments en précurseurs de macromolécule → biosynthèse
de macromolécules

8. I. Voies métaboliques et système enzymatique
1. Définitions
Une voie métabolique = séquence réactionnelle à plusieurs étapes.
Chacune de ces réactions est catalysée par une enzyme spécifique.
système multienzymatique = Ensemble d’enzymes
Au cours de chaque voie métabolique un précurseur est transformé
en produit via d’une série d’intermédiaires appelés métabolites.

9. 2. Différentes voies métaboliques
• Voie métabolique linéaire
• Voie métabolique ramifiée

10. • Voie métabolique cyclique
A, B, C, D sont à la fois
précurseurs, métabolites et
produits

11. II. Anabolisme et catabolisme
1.Définitions
Aliment: corps chimique ou mélange absorbé ou ingéré par un être vivant, puis
métabolisé à des fins énergétiques ou de synthèse
Nutriment: corps chimique absorbé puis métabolisé par les cellules
Nutriment Essentiel: qualifie un nutriment qui remplit une fonction biologique
obligatoire pour l’existence, la croissance ou la reproduction de l’individu

12. Indispensabilité: tout nutriment essentiel ou précurseur d’un
métabolite essentiel qui ne peut être synthétisé par le métabolisme et
doit être apporté par l’alimentation.
Oligoélément: tout élément essentiel présent en quantité faible dans
la ration alimentaire.

13. Métabolisme = anabolisme + catabolisme
L’anabolisme = ensemble des réactions (endergonique) de
biosynthèses cellulaires. Les voies anaboliques sont divergentes
Le catabolisme= ensemble des réactions (exergonique) de
dégradations → énergie. Les voies cataboliques sont convergentes car à
partir de plusieurs précurseurs on aboutit à un nombre limité de
produits (H2O, CO2, NH3)

14. 2. Rôle de métabolisme
• Dans un organisme le catabolisme est régulé pour produire l’énergie
nécessaire à l’anabolisme

15. III. Détermination des VM
1. Identification des Enzymes
L’accumulation de certains substrats suite à l’utilisation d’un inhibiteur
spécifique permet de déterminer de proche en proche les différentes
étapes d’une VM.

16. 2.Utilisation de mutants auxotrophes
• Un mutant auxotrophes :une cellule génétiquement déficitaire en une
activité enzymatique particulière.
• Sa croissance nécessite donc qu’on lui apporte le produit de l’activité
enzymatique déficitaire → détermination de la VM

17. 3.Utilisation d’isotopes radioactifs
Cette technique consiste à marquer un métabolite de la Vm avec un
atome radioactif(C14,O18,N15,P32) puis suivre la radioactivité dans les
produits obtenus.

18. IV. Fonctionnement des VM
En générale, la Voie catabolique d’une substance n’est pas l’inverse de
sa voie anabolique et se déroulent dans de lieux différents

19. 1.Transporteur d’Energie et Coenzyme
Les voies catabolique et anabolique sont connectées par un
transporteur de liaison phosphate riche en énergie (ATP) et de
transporteur d’hydrogènes (NADH, FADH, NADPH)

20. a. Adénosine Triphosphate (ATP)
• Les liaisons anhydrides unissant les
acides phosphoriques sont des liaisons
riches en énergie (ΔG ≥31 kJ/mol).
• Le coenzyme ATP/ADP est un coenzyme
transporteur d’énergie universel.
• Les enzymes utilisant un nucléoside
triphosphate comme substrat ou comme
coenzyme, nécessitent en même temps la
présence du cation Mg2+ comme
cofacteur.

21. b. NAD+/NADH2
• Le nicotinamide adénine di nucléotide,
ou NAD, est une coenzyme d’oxydo-
reduction présente dans toutes les
cellules vivantes.
• Il aide les enzymes à transférer les
électrons pendant les réactions d'oxydo-
réductions du métabolisme de formation
de l’ATP au niveau du complexe I de la
chaine respiratoire.

22. d. FAD/FADH2
• La Flavine adénine dinucléotide(FAD)
est un coenzyme d'oxydo-réduction
dérivant de la riboflavine (vit. B2).
• Ce coenzyme est notamment utilisé
par les flavoprotéines du complexe II
de la CRM: Glycérol 3-P
déshydrogénase, AcylCo
Adéshydrogénase, Succinate
déshydrogénase.

23. c. NADP+/NADPH2
Le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate(NADP) est un coenzyme d'oxydoréduction.
Il est très proche du NAD, dont il diffère par la présence d'un groupement phosphate sur le second
carbone du β-D-ribofurannose du résidu adénosine.
NADPH est principalement produit par la phase oxydative de la voie de pentoses phosphates.
Le NADPH est la source principale d’électrons utilisés dans les réactions biosynthétiques dans la
cellule (cytosol).

24. d. Coenzyme A (CoA)
• La partie active du CoA est la fonction
thiol de la cystéamine terminale. C’est
pour cela qu’on écrit CoA-SH pour
indiquer la forme libre du coenzyme.
• Le coenzyme A est un transporteur de
radicaux acides.
• La plupart des acides carboxyliques du
métabolisme ont une forme activée liée
au coenzyme A. On les appelle acyl-
coenzyme A.

25. e- D’AUTRES COENZYMES
• Thiamine pyrophosphate (TPP) :coenzyme transporteur d’aldéhydes,
• Dihydrolipoamide/ lipoamide (coenzyme transporteur d’Hydrogène)

26. 2. Régulation des VM
La cellule est douée de différents mécanismes pour contrôler son
activité selon le principe de l’économie maximale.
Pas de synthèse inutile, pas de dégradation inutile
3 mécanismes de régulation existent

27. a. Contrôle allostérique
Contrôle à court terme
Action sur les enzymes de la VM par intermédiaire d’un activateur ou
d’un inhibiteur

28. b. Contrôle hormonal
Contrôle à moyen terme
Action sur les récepteurs membranaires provoquant une série de
réaction conduisant à une inhibition ou à une activation d’un ou de
plusieurs enzymes
Contrôle hormonal plus durable que celui de contrôle allostérique

30. c. Contrôle génétique
Contrôle à long terme
Action sur la synthèse des enzymes par induction ou par répression sur
le gène

31. Conclusion
Les grandes voies métaboliques de l’organisme humain concernent
aussi bien:
• Le métabolisme de glucides;
• Le métabolisme de lipides;
• Le métabolisme des acides aminés,
• Le métabolisme des acides nucléiques.

32. Métabolisme de glucides
Chapitre 2: Glycolyse
Chapitre 3: glycogénolyse

33. Chapitre 2: Glycolyse
• Digestion et absorption des glucides
Les glucides fournissent 50 à 60% de la ration énergétique quotidienne .
80 à 90% de l'énergie fournie par les hydrates de carbone sont absorbés
sous forme de glucose.
Le D glucose est le principale carburant de la plupart des organisme et
occupe une position centrale dans le métabolisme cellulaire.

34. Alimentation principalement composée de polysaccharides (amidon,
cellulose, …) et de disaccharides (saccharose, lactose).
 Seuls les monosaccharides (glucose, fructose, galactose)
peuvent être absorbes par les entérocytes ce qui implique une
digestion complète de grosses molécules non absorbables.
• Site majeur de digestion : intestin grêle

35. • Chez les mammifères : pas d’enzymes capables de digérer
des polysaccharides avec des liaisons β-glucose (cellulose,
hémicellulose,…)

36.  Digestion pré-intestinale
 Amylase salivaire
permet de digérer chez l’Homme environ 70% de l’amidon
 Hydrolyse les liaisons α1-4 de l’amidon

37. Digestion intestinale :
1. dans la lumière :
Amylase pancréatique : Digestion très rapide (plus puissante que l’amylase
salivaire)
Maltose, maltotriose, dextrines a partir de l’amidon
Lactose, saccharose non hydrolysés
2. au niveau de la bordure en brosse : oligosaccharidases produites par
les entérocytes
3. au niveau du gros intestin : digestion microbienne (surtout pour les
herbivores monogastriques)

38. Enzymes digestive de la bordure
en brosse
Oligosaccharidases
Dipeptidases, Aminopeptidases
Monoglyceride lipase
Nucleotidases, nucleosidases

39. Digestion des glucides

40. Absorption des glucides
Seuls les monosaccharides (glucose, fructose, galactose) peuvent
être absorbés par les entérocytes
Absorption essentiellement dans le duodénum et le jéjunum
La membrane est lipophile donc les sucres ne peuvent pas passer
et ont besoin de transporteurs

41. Glycolyse
Définition
Lieu
Les différents phases de la glycolyse
Les étapes enzymatiques de la glycolyse
Bilan
Régulation
Devenir du Pyruvate
Pathologies liées a la glycolyse.

42. 1.Définition
Glycolyse ou voie d’EMBEN: l’ensemble des VM énergétiques permettant la
phosphorylation de l’ADP en ATP ou l’augmentation des réserves énergétiques,
grâce à l’oxydation des glucides.
La voie d’EMBDEN MEYERHOFF-PARNAS est la voie du catabolisme oxydatif
anaérobie du glucose en Pyruvate.
Ne nécessite pas d’oxygène mais a lieu même en présence d’oxygène avec
production d’ATP et de métabolites intermédiaires .

43. Transport de Glc dans la cellule
Le glucose traverse les membranes plasmiques grâce à des protéines
transporteuses : les glucoses perméases (GLUT).
Chacune des hexokinases est liée spécifiquement avec une forme de
GLUT : hexokinase I avec GLUT1, hexokinase II avec GLUT4, ...

44. Co-Transport du Glucose

45. • Lieu
Procaryotes, eucaryote
 La glycolyse a lieu dans toutes les cellules mais à des degrés moins
divers comme source d’énergie.
 Tissus dits glucodependants : Les GR et le cerveau n’utilisent
que le glucose.
 Le muscle et le myocarde : utilisent le glucose en période post
prandiale .
Le foie et le tissus adipeux utilisent peu le glucose.

46. Les différents phases de la
glycolyse
10 réactions
enzymatiques
catalysées par 10
enzymes .
• Localisées dans le
cytosol.
• La glycolyse est
divisée en 2 grandes
phases:

47. Réaction 1
Phosphorylation du glucose par l’ATP
Les kinase sont des enzymes qui catalysent le transfert d’un groupe
phosphoryle de l’ATP à un accepteur.
Ainsi l’hexokinase catalyse le transfert d’un groupe phosphoryle de l’ATP a
toute une série d’oses à six carbones tels que le mannose, le glucose .

48. Réaction 2
Isomérisation du glucose-6-phosphate en fructose 6-p
Isomérisation réversible
Réarrangement d’atomes pour former des isomères
Conversion d’un aldose en cétose

49. Réaction 3
Synthèse de fructose 1,6-biphosphate
Cet étape engage définitivement le glucose vers le catabolisme.
Phosphotransférase : La phosphofructokinase (PFK1) :
Rôle très important dans la régulation de la glycolyse
Réaction irréversible
Consomme de l’énergie(ATP)

50. Réaction4
Clivage du fructose1-6-diphosphate
Réaction réversible
Catalysée par la fructose -1,6-biphosphate aldolase
Aldolase: lyase, addition ou élimination de groupes pour former des
doubles liaisons

51. Réaction 5
Interconversion des trioses phosphates
Réaction d’isomérisation
Conversion d’un cétose(DHAP) en aldose(GAP)
Catalysé par la triose phosphate isomérase

52. Première
moitié de la
glycolyse

53. Réaction 6
Synthèse du 1,3-diphosphoglycérate
Oxydation couplée à la phosphorylation (NAD et Phosphate)
Formation d’une liaison anhydride d’acide, riche en énergie
Production de NADH coenzyme d’oxydoreduction

54. Réaction 7
Synthèse de 3-phosphoglycérate
Transfert de phosphoryle
Phosphoglycérate kinase
Réaction réversible
Fournit de l’énergie (ATP)

55. Réaction 8
Synthèse de 2-phosphoglycerate
Réaction d’isomérisation avec transfert intramoléculaire de radical
Le phosphate est déplacé de la position 3 à la position 2
Phosphoglycérate mutase.
Réaction réversible

56. Réaction 9
Synthèse du phosphoenolpyruvate
c’est une réaction de Déshydratation
catalysée par une enzyme : Enolase
Formation d’une liaison riche en énergie(PEP)
Réaction réversible

57. Réaction 10
Synthèse du Pyruvate
Transfert de groupement phosphoryle du phophoenolpyruvate sur l’ADP par
une phosphotransferase.
Pyruvate kinase.
Réaction irréversible.
Produit de l’énergie(ATP).

59. 59
1 mole Glc → 4 moles ATP + 2 moles NADH2 – 2 moles
ATP
Or 1 mole NADH2 → 3 ATP dans la phosphorylation
oxydative mitochondriale d’où on a:
4 moles ATP + 6 moles ATP – 2 moles ATP
Soit 8 ATP produit par molécule de glucose
Bilan énergétique

60. La régulation
 La régulation des voies métaboliques est régit par 3 types :
1- Régulation par substrat
2- Régulation enzymatique
3- Régulation hormonale

61. 1- Régulation par substrat
L’organisme ne peut s’engager dans une voie métabolique que
si son substrat est disponible ,
ainsi lorsque le glucose est apporté par l’alimentation la glycolyse
s’effectue , en absence d’apport alimentaire elle est ralentie

62. 2- Régulation enzymatique
Dans les voies métabolique, les enzymes qui catalysent les réaction
essentiellement irréversible sont des site potentiels de contrôle
l’étape d’engagement dans une séquence métabolique catalysé par une
enzyme donnée est l’élément de contrôle le plus important de la voie.
3 réactions irréversibles existes dans la glycolyse donc la régulation
s’effectue au niveau des 3 enzymes les catalysant :
- Hexokinase - phosphofructokinase - pyruvate kinase

63. 3-Régulation hormonales

64. Devenir du Pyruvate
Le devenir du Pyruvate va dépendre des conditions suivantes :
 La présence ou l’absence de l’oxygène dans l’environnement de la
cellule.
 La situation énergétique de la cellule.
 L’équipement enzymatique dont la cellule va disposer pour oxyder le
NADH,H.

66. Les 3 destins du pyruvate

67. La fermentation lactique
Lorsque la cellule :
ne dispose pas de mitochondries cas des hématie,
ou privée d’oxygène (anaérobiose)
ou en condition hypoxique tissu musculaire en contraction
Le Pyruvate est réduit en lactate par le NADH,H formé au
cours de la glycolyse.
La réaction catalysée par la lactate déshydrogénase régénère le NAD+

69. La fermentation alcoolique
Cette transformation de Pyruvate en éthanol se rencontre dans les
levures qui ne possèdent pas de lactate déshydrogénase mais
possèdent a la place une Pyruvate décarboxylase.
Le Pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde qui sera réduit en
alcool ou éthanol par l’alcool déshydrogénase avec consommation
de NADH,H+ formé dans la glycolyse et régénération de NAD+.

71. Pathologies
Déficiences enzymatiques héritée.
exprimé essentiellement dans les érythrocytes:
95% présente une déficience en pyruvate kinase
4% en phosphoglucoisomérase.
Quelques fois déficiences conjointes de la pyruvate kinase et de
l’hexokinase .

72. • D’autre montre une distribution plus large:
• La phosphotriose isomérase : dans les érythrocyte ,les leucocytes ,
les cellules musculaires et les cellules du SNC
• Ces sujets présentent des anémies hémolytiques.

73. Le déficit en pyruvate kinase dans les GR est très
grave
• Les GR ne possèdent pas de mitochondries et dépondent
exclusivement de la glycolyse pour leur approvisionnement en ATP
• Il s’installe alors un mauvais fonctionnement de la glycolyse et
une production insuffisante de l’ATP pour le maintien l’entretien
et le fonctionnement de leur structure membranaire.
• La membrane se déforme et les GR sont prématurément phagocytés
par les cellule du SRE ce qui est a l’origine de l’anémie hémolytique.

74. Acidose lactique
• L'acidose lactique est une acidose métabolique due à une
concentration sanguine de lactate élevée. Elle résulte d'une
surproduction d'acide lactique et/ou d'une diminution de son
métabolisme.
• La forme la plus sévère, survient lorsque l'acide lactique est
produit en excès
 Dans un tissu ischémique (IDM),
 En cas de carence en oxygène pendant une hypoperfusion
tissulaire globale en choc hypovolémique,
 En cas d'hypoxie primitive due à une maladie pulmonaire et dans
différentes hémoglobinopathies.