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Métabolisme des lipides

Le document explique le métabolisme des êtres vivants, en se concentrant sur les processus de catabolisme et d'anabolisme, incluant la glycolyse, le cycle de Krebs et la voie des pentoses phosphates. Il met en évidence l'importance de l'ATP comme source d'énergie et décrit les régulations enzymatiques à divers niveaux du métabolisme. Les processus énergétiques, comme la fermentation lactique et aérobie, sont également abordés, illustrant comment l'organisme utilise différentes voies métaboliques selon les conditions environnementales.

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INTRODUCTION Tout organisme,quelque soit le niveau d’organisation, est le siège d’échanges permanents de matière et d’énergie avec le milieu dans lequel il vit. Il puise dans le milieu environnant les matériaux nécessaires eau, sels minéraux, éventuellement substances organiques, O2, CO2 etc… il transforme ces « aliments » D’une part pour élaborer la matière vivante ( cytoplasme et inclusions) et de la matière inerte ( réserve et déchets). D’autre part pour produire certaines formes d’énergies( calorifique, mécanique, chimique , électrique etc.… Le métabolisme est l’ensemble des transformations de matière et des échanges d’énergie dont l’être vivant est le siège .Il comporte deux phases concomitantes et inverses
Molécules alimentaires Digestion Molécules plus simples Absorption Voies Métaboliques CO2 + H2O O2 Voies cataboliques Protéines Glucides Lipides Acides nucléiques, etc.. Voies anaboliques Autres processus endergoniques VUE D'ENSEMBLE DU MÉTABOLISME INTERMÉDIAIRE L’Anabolisme : ou assimilation ( synthèse) correspond à la synthèse de la matière vivante et des réserves c’est-à-dire à l’élaboration de molécules complexes à partir d’éléments ou de molécules simples. Le Catabolisme : ou Dégradation de molécules complexes dont il résulte la formation de déchets et une production plus ou moins importante d’énergie
Concepts généraux du métabolisme L ’ATP est la source universelle d ’énergie L ’ATP est généré par l ’oxydation de combustibles métaboliques Le NADPH est le coenzyme majeur des réactions biosynthétiques de réduction Le NAD+ est le coenzyme majeur des réactions d’oxydation Les molécules biologiques sont construites à partir d ’un nombre limité d ’unités de répétition
Métabolisme des voies glucidiques La dégradation et la resynthèse du glucose sont les principales voies énergétiques permettant la réalisation et la continuation de l’exercice musculaire. Néanmoins, la resynthèse du glucose peut être faite à partir de multiples processus biochimiques impliquant divers substrats et/ou métabolites. Le schéma général des voies glucidiques montre bien que l’organisme humain à développé un système biochimique destiné à synthétiser son substrat énergétique de prédilection : le glucose.
Glucose 1. VOIES MÉTABOLIQUES DU GLUCOSE Glycogene Pyruvate Ribose-5-phosphate et NADPH Voie des Pentoses Phosphates glycogenogénèse glycogénolyse Glucose-1-phosphate Glucose-6-phosphate Lactate Acetyl CoA gluconeogenèse glycolyse gluconeogénèse glycolyse  1- Absorption cellulaire du glucose  2- Glycogénogénèse  3- Glycogénolyse  4- Glycolyse  5- Oxydation du pyruvate  6- Cycle de l ’acide citrique (CK)  7- Gluconéogénèse  8- Voie oxydative directe du glucose
Électrons transportés par 3 NADH et FADH2 Glycolyse 2 PyruvateGlucose Cycle de Krebs ATP ATPATP Chaîne de transport des électrons Électrons transportés par 2 NADH Cytosol Pyruvate 2 Acétyls CoA Électrons transportés par 2 NADH ATP A. Réactions cataboliques du glucose Glycolyse: 1 glucose = 2 acides pyruviques +2ATP +2NADH S’effectue dans le cytosol, Les deux molécules de pyruvate contiennent encore la plupart de l’énergie Pyruvate entre dans mitochondries et se tranforme en Acétyl CoA (produit NADH x2) Cycle de Krebs (acide citrique) dans la matrice Donne (CO2 + 3 NADH + FADH2+ ATP) x2
Chaîne de réactions impliquées dans la transformation du glucose en pyruvate
1.6 di
1.3 Di
Km = 0,1 mM ETAPE 1: Hexokinase
Aldolase 4 5 6 1 2 3
1.38 mM d’enzyme dans le muscle
Phosphoglycérate mutase Enolase OH
Mg ++
1x C6 1x C6-P 1x C6-P 1x C6-PP 2x C3-P 2x C3-PP 2x C3-P 2x C3
Bilan de la glycolyse: 2ADP 2 NAD+ 2Pi glucose 2 acides pyruviques 2 NADH,H+ Que devient l’acide pyruvique ? Énergie nette 2 ATP (-O2) et 8 ATP (+O2) Les deux molécules de pyruvate servent de substrat pour l’étape suivante.
noyau Membrane plasmique Cytoplasme (cytosol+éléments en suspension) Glucose 2 Acides pyruviques (C3) glycolyse Suite de la fermentation dans le cytosol (conditions anaérobies) En conditions aérobies, suite de la dégradation dans la mitochondrie (la respiration)
Il existe plusieurs types de fermentation dont la fermentation alcoolique et la fermentation lactique. Le produit final de la fermentation alcoolique (réalisée chez des levures par exemple) est de l’éthanol. Cette réaction est utilisée par l’industrie agroalimentaire à des fins de production (bière par exemple). Les cellules musculaires humaines utilisent la fermentation lactique lorsque l’oxygène est rare (au tout début d’un effort physique intense). Lactobacillus (ex. dans le yaourt)
2 acides pyruviques 2 NAD+ 2 NADH,H+ 2 acides lactiques réduction de l’acide pyruvique par le NADH,H+ (⇒NAD+) et formation d’acide lactique.
Bilan énergétique de la fermentation lactique glucose 2 ADP+2Pi 2 acides lactiques 2 ATP la fermentation est un catabolisme faiblement énergétique : la dégradation partielle d’une molécule de glucose permet la synthèse de 2 ATP (consomme 2 NADH)
26 Que devient le lactate ? Lactate Oxydation dans les mitochondries Respiration cellulaire : Energie + CO2 + H2O Sang (lactatémie) Oxydation dans le myocarde Fabrication de glycogène dans le foie Glycolyse Le lactate ne peut donc pas être considéré comme un déchet
Régulation de la Glycolyse Dans tous les tissus, le métabolisme énergétique est commandé par un facteur principal : le taux d'ATP, ou plus précisément la charge énergétique du coenzyme ATP/ADP. La régulation de chacune des voies métaboliques de la glycolyse ou de la lipolyse est ensuite commandée par la vitesse des enzymes qui contrôlent chacune de ces voies métaboliques. Les enzymes qui ont le rôle régulateur le plus important sont les enzymes-clés Les trois sites de régulation se situent au niveau des 3 enzymes allostériques catalysant les réactions irréversibles de la glycolyse à savoir : l'hexokinase, la phosphofructokinase 1 (PFK1) et la pyruvate kinase.
Régulation allostérique de la Glycolyse Activation PFK 1 AMP F 2,6 di-P Inhibition PFK 1 ATP Citrate [H+] (dans le muscle) La cinétique de la PFK est allostérique et on lui connaît de nombreux effecteurs ; en particulier, au repos, elle est rétroinhibée par le produit final de la glycolyse, l'ATP, et au contraire, au cours d'un effort musculaire par exemple, elle est activée par les autres nucléotides adénylcyiques : l'ADP et surtout le 5'AMP. La phosphofructokinase I (PFK I) est l'enzyme-clé de la glycolyse. Elle catalyse la phosphorylation du fructose 6-phosphate sur la fonction alcool de son Carbone 1. La réaction couplée est irréversible.
Régulation hormonale de la Glycolyse Le flux du Glc 6P est soumis à une régulation hormonale selon les tissus: Dans les cellules autres que musculaires, l’arrivée du Glc dépendra de la régulation de la glycogénolyse du foie qui sera régulée par le glucagon qui  va moduler la production du Glc1P en activant la glycogènolyse. Le flux du glc du sang vers les cellules sera modulé par l’insuline qui activera l’incorporation du Glc par la cellule en augmentant la perméabilité des cellules pour le Glc.
La filière aérobie Utilisation des deux acides pyruviques produits par la glycolyse en présence d’O2 Cycle de KREBS Série de réactions Biochimiques complexes 3 CO2 Elimination 3 H TransporteursUtilisation des transporteurs réduits
Pyruvate entre dans mitochondries Acide pyruvique tranformé en Acétyl CoA par la pyruvate déshydrogénase avec formation d’une molécule énergétiquement activée et NADH (réaction de transition à la membrane externe de la mitochondrie et production de NADH x2) base azotée Adénine Sucre phosphaté fonction réactive (pour liaison covalente) •Rôle : transfert de groupes acyles (acides carboxyliques, acides gras)
Cycle de l’acide citrique (Krebs) Etape s’effectue dans la matrice mitochondriale comporte huit réactions enzymatiques décomposables en réactions simples. étape finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates, des acides gras et des acides aminés assure la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule grâce à la formation de coenzymes réduits qui seront réoxydés dans la chaîne respiratoire. Trois étapes : - Etape 1: préparation aux décarboxylations de la molécule à six carbones - Etape 2 : réactions de décarboxylations - Etape 3 : régénération de l'oxaloacétate qui acceptera à nouveau un acétyl-CoA.
Le cycle de Krebs peut se décomposer schématiquement en trois étapes Etape 1 : préparation aux décarboxylations de la molécule à six carbones Etape 2 : réactions de décarboxylations Etape 3 : régénération de l'oxaloacétate qui acceptera à nouveau un acétyl-CoA.
Citrate (C6) cis-aconitate (C6) Isocitrate (C6) α-cetoglutarate (C5) succincyl CoA (C4) Succinate (C4) Fumarate (C4) Malate (C4) Oxaloacétate (C4) acétyl CoA H2O H2O CO2 + CO2 + Coenzyme A + Coenzyme A ADP FADH2 NADH NADH H2O NADH ATP Réactions enzymatiques: Citrate synthétase Aconitase Isocitrate déshydrogénase α -Cétoglutarate déshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate déshydrogénase Fumarase Malate déshydrogénase Aconitase
Oxaloacétate (C4) citrat e αCG (C5) Succinate (C4) FAD FADH2 malate 2 acides pyruviques Cycle de Krebs Succinyl-coA (C4) CoA CoA CoA Acétyl-co-A CoA Fixation d’un coenzyme coA, décarboxylation (libération d’un CO2), et réduction du NAD+ en NADH,H+⇒⇒formation d’acétyl-coA Fixation de l’acétyl-co-A sur le substrat (oxaloacétate) et libération du coenzyme A ⇒formation de citratedécarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+ et réorganisation de la molécule carbonée en α-cétoglutarate décarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+,fixation du coA et réorganisation de la molécule carbonée en succinyl-coA Synthèse d’ATP et libération du coA ⇒formation de succinate Réduction du FAD en FADH2 et formation de malate Réduction du NAD+ en NADH,H+ et régénération de l’oxaloacétate (substrat du cycle)
Bilan énergétique du cycle de Krebs Au cours du cycle sont produites, à partir d'une mole de glucose et jusqu'au stade CO2 et H2O : 2 moles de CO2 3 moles de NADH,H+ 1 mole de FADH2 1 mole de GTP = 1 mole d’ATP 9 ATP 2 ATP 1 ATP Total: 12 ATP/ tour Glycolyse aérobie jusqu’au pyruvate 2 ATP et 2 NADH,H = 8 ATP ( navette empruntée par NAD réduit) oxydation complète en aérobiose d’1 mole de Glu donne 38 ATP Acétyl-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 3 H+ + CoA
Dégradation complète du glucose 8 24 6 Total = 38 ATP
Le cycle de Krebs est dit amphibolique, parce qu'il participe à la fois au catabolisme et à l'anabolisme. Des intermédiaires du cycle sont le point d'arrivée de certains catabolismes (acides gras, acides aminés glucoformateurs), le point de départ de certains anabolismes (acides aminés, nucléotides puriques et pyrimidiques). GLUCOSE PYRUVATE ACÉTYL-CoA CITRATEOXALOACÉTATE CITRATE ACÉTYL-CoA ACIDES GRAS CO2 CO2 CYCLE DE L ’ACIDE CITRIQUE OXALOACÉTATE ATP -CITRATE LYASE Rôle amphibolique du CK
Catabolisme de certains aa: Pyruvate Acétyl CoA Alanine, cystéine, glycine, sérine, threonine, trypotophane Leucine, tryptophane, isoleucine ∂-cetoglutarate Arginin, glutamate, gtluamine, histidine, proline Succinate Isoleucine, methionine, valineFumarate Phénylalinine, tyrosine Oxaloacetate Asparagine Aspartate CK
Régulation du cycle: Le contrôle du cycle de Krebs se fait au niveau des enzymes allostériques ou régulatrices qui sont la citrate synthétase, l’isocitrate déshydrogénase, α cétoglutarate déshydrogénase. La citrate synthétase : est activée par une concentration élevée de l’oxaloacétate et Acétyl CoA et inhibée par des concentations élevées en citrate. L’isocitrate déshydrogénase : activée par une concentration élevée d’ADP et inhibée par des concentrations élevées d’ATP, NADH. α cétoglutarate déshydrogénase : activée par une concentration élevée en NADH et succinyl CoA.
La voie des pentoses phosphates: La voie des pentoses existe chez tous les animaux, on peut la considérer comme une voie d'oxydation du glucose branchée en parallèle (en dérivation) sur la glycolyse : elle la quitte au niveau du glucose-6-phosphate pour la rejoindre au niveau des trioses. Cette voie n'a pas pour but de produire de l'énergie, mais de produire -des molécules de NADPH,H+ (nécessaire à des réactions de synthèse réductrices comme la synthèse des acides gras exp. synthèse du cholestérol et des hormones stéroïdes); -du ribose 5-P indispensable à la synthèse des nucléotides puriques et pyrimidiques; -de l'érythrose 4-P, précurseur d'acides aminés aromatiques comme la phénylalanine, la tyrosine, le tryptophane et l'histidine.
La phase 1 comprend la fonction principale de la voie: la synthèse de NADPH - Les réactions 1 et 3 sont des oxydoréductions (la 3 avec décarboxylation concomitante); la réaction 2 est une réaction d’hydrolyse de la liaison ester. PHASE 1 : OXYDATIONS
PHASE 2 : RÉORGANISATION PAR ISOMÉRISATION OU ÉPIMÉRISATION (RÉACTIONS 4 et 5)
PHASE 3 : RÉORGANISATION PAR TRANSFERT DE GROUPES CARBONÉS (RÉACTIONS 6 7 et 8)‐ Série de réactions qui transfèrent des groupes à 2 ou 3 atomes de carbone, catalysées par deux enzymes: Transcétolase et Transaldolase Les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphates, catalysent l’interconversion des glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 atomes de carbones. Transcétolase: 2 atomes de C Transaldolase: 3 atomes de C
Le cétose est toujours le donneur des carbones et l’aldose est l’aldose l’accepteur. Le cétose après la réaction devient un aldose et vice-versa. Le bilan énergétique est nul. Cette voie ne produit pas d’ATP mais n’en consomme pas non plus : 3 G6P + 6 NADP+  + 3 H2 O ⟶ 2 F6P + G3P A + 3 CO2  + 6 NADPH + 6 H+
La néoglucogenèse La néoglucogenèse est la synthèse de glucose à partir de molécules non glucidiques comme l'acide pyruvique. Cette voie métabolique est localisée dans le foie pour l'essentiel (90%), dans le rein pour le reste (10%). L'alimentation étant intermittente, la néoglucogenèse est indispensable au maintien de la concentration du glucose dans le sang (=glycémie). Les réactions empruntées pour la gluconéogenèse sont catalysées par:  Pyruvate carboxylase  Phosphoénolpyruvate carboxykinase  Fructose-1,6-bisphosphatase  Glucose-6-phosphatase
Glucose Glucose-6-P Glucose Glucose-6-Phosphatase (G-6-P) Sang Cytoplasme Malate Pyruvate Pyruvate Mitochondrie Oxaloacétate Malate Lactate Alanine Glycérol-3-P Elle se déroule dans le cytoplasme des cellules, à partir soit du pyruvate, soit de lactate, soit de glycérol, soit de l'alanine, soit encore d'acides aminés glucoformateurs AAG (issus des protéines). Précurseurs énergétiques
La gluconéogenèse à partir d’autres précurseurs Le glycérol est d’abord activé en glycérol-3-phosphate par une glycérokinase et de l’ATP. Le glycérol-3-phosphate est ensuite oxydé en dihydroxyacétone-phosphate qui réagit avec le glycéraldéhyde-3-phosphate pour former le biP lequel sera transformé en glucose. A partir du glycérol A partir des acides aminés glucoformateurs Après transamination ou désamination, les acides aminés glucoformateurs forment soit du pyruvate, soit des composés du cycle de Krebs (α cétoglutarate, succinyl CoA, fumarate et l’oxaloacétate). Le pouvoir glucoformateur diffère d’un acide aminé à l’autre : l’alanine, le glutamate, l’aspartate et la glycine se révèlent être les plus efficaces alors que la lysine et la leucine sont les seuls acides aminés à n’avoir aucun potentiel néoglucogénique.
Etapes enzymatiques: Pyruvate carboxylase est une enzyme à biotine: Conversion couplée à la consommation d ’une ATP et stimulée par acétyl CoA PEP carboxykinase: Conversion couplée à la consommation d ’une ATP en PEP.
Réact° IRRÉVERSIBLES F-1,6 biphosphatase Glucose-6 phosphatase Glucose-6-phosphatase est une enzyme seulement présente dans le RE des cellules hépatiques et rénales
Bilan énergétique Synthèse de GLUCOSE à partir de 2 pyruvates nécessite : 4 ATP + 2 GTP Le bilan énergétique de la néoglucogenèse est de 6 molécules d'ATP consommées pour une molécule de glucose formée (2 molécules de pyruvate intermédiaires).
Le métabolisme du glycogène Le glycogène (polymère de glucose) est la forme de stockage du glucose chez les animaux, cette réserve glucidique est stockée dans le foie et les muscles squelettiques. La glycogénolyse est la dégradation du glycogène en glucose, elle ne coûte rien en ATP dans le foie. La glycogénogenèse est la voie de synthèse du glycogène à partir du glucose, elle coûte 2 ATP : - un pour la transformation du glucose en glucose-6-phosphate - un pour la transformation de l'UDP en UTP Glycogénolyse et glycogénogenèse ne sont pas des voies "inverses", ce sont des voies bien distinctes.
Foie Stockage (glycogénogénèse)Endogène glycogène Gestion des stocks énergétiques : Le glucose Sang Glycémie Glycogénolyse Lactate Pyruvate Néoglucogenèse GLYCEMIE (Approvisionnement/stockage): 2 hormones insuline - glucagon Alimentation Energie Protéines (AA) Triglycérides (glycérol) En fonction des besoins énergétiques de l’organisme, le glucose peut être: • stocké (repas) • mobilisé pour produire de l’énergie (exercice) • resynthétisé dans certains cas « extrêmes » Intestin Exogène glucose
Glycogénolyse: Dégradation du glycogène exogène ou alimentaire (et de l’amidon) en glucose. Glycogène ou Amidon Dextrines Maltose associé + α amylaseα D glucose Maltase α amylase (salive, pancréas) amylo α (1,6) glucosidase Ces réactions se déroulent au niveau du tube digestif , la dégradation se fait grâce à des enzymes du suc gastrique (α amylase) et les muqueuses intestinales (amylo α (1,6) glucosidase).
Glycogène endogène: Dégradation du glycogène en glucose. • dans le foie et dans les muscles : Seul le glucose provenant du glycogène hépatique peut être libéré dans le sang. • lorsque manque de glucose (en période de jeûne). Etapes: Coupure des liaisons α (1-4) glucosidiques : La glycogène phosphorylase coupe les liaisons α (1-4 ) et détache les unités de glucose, une par une, de manière récurrente à partir des extrémités non réductrices.
Isomérisation du G1P en G6P : Cette réaction est réversible catalysée par la phosphoglucomutase. Hydrolyse du G6P : La liaison ester phosphate du G6P est hydrolysée par la G6-phosphatase. Coupure des liaisons α (1-6) glucosidiques : L’action de la glycogène phosphorylase s’arrête 4 résidus avant ramification. Transfert d’un trisaccharide sur la chaine principale. Hydrolyse de la liaison α1-6 par une α1-6 glucosidase avec libération de glucose libre.
Bilan de la glycogénolyse : La glycogénolyse ne consomme pas d’énergie mais n’en produit pas non plus. Dans le foie, la glycogénolyse produit du glucose qui est sécrété dans le sang et sert ensuite de combustible énergétique aux cellules qui en ont besoin. Dans le muscle, la glycogénolyse produit du G6P qui est ensuite dégradé in situ.
La glycogénogenèse est la voie métabolique qui permet, dans le foie (~ 100g) et le muscle (~ 400g) , la synthèse de glycogène à partir du glucose. Le mécanisme qui aboutit à la synthèse du glycogène à partir d'un nombre important de molécules de glucose est résumé par la formule : n (glucoses) → n (glycogene) + (n-1) H2O La glycogénogenèse
Glucose GLUT Glucose-6-P Glucose Hexokinase (HK) / Glucokinase (GK) ATP Cytoplasme Glucose-1-P UDP-Glucose Glycogène Glycogène synthase (GS) Sang ADP phosphoglucomutase UDP-glucose-pyrophosphorylase La glycogénogenèse se déroule en cinq étapes sous l'action de plusieurs enzymes : Elongation Création des ramificationsUDP UTP Transférase enzyme-branchant
Bilan de la glycogénogenèse : Pour incorporer un résidu dans le glycogène, il faut apporter 1 ATP et 1 UTP. La glycogénogenèse nécessite un apport d’énergie, c’est donc une voie endergonique. 1 ATP d’où le bilan énergétique pour l’incorporation d’un résidu G6P dans le glycogène et 2 ATP pour l’incorporation d’un résidu de glucose libre dans le glycogène .
Le contrôle de la dégradation du glycogène endogène se fait au niveau de l’enzyme allostérique : la phosphorylase a. Au niven activant eau hépatique, la glycogénolyse est controlée par certaines hormones: l’insuline, l’adrénaline et glucagon. Adr et G stimule la glycogénolyse en activant la phosphorylase par des réactions de phosphorylation: foxtion de l’hormone sur le récepteur membranaire pour activer l’adényl cyclase, par conséquent il y aura une production d’AMPc pour activer les protéines kinases. L’insuline inhibe la glycogénolyse (active la glycogénogénèse) par inactivation de la phosphorylase par des réactions de déphosphorylations ( phosphatases) Régulation de la glycogénolyse et la glycogénogenèse Contrôle hormonale Mécanismes de Stimulation/inhibition
Glucagon/ Adrénaline Protéine Kinase A Phosphorylase kinase active Phosphorylase kinase inactive Glycogène synthétase Glycogène synthétase Protéine phosphatase Insuline + + P P ADPATP ADPATP H2O H2O Pi Pi
Conclusion : Le glucose circulant dans le sang est utilisé par les muscles lors d'efforts énergétiques. Il peut être stocké sous forme de glycogène dans les muscles et dans le foie, qui constitue une réserve énergétique pour le corps dans l'intervalle des repas. Lorsque la quantité de glucose diminue dans le sang (hypoglycémie), le glycogène stocké peut alors être dégradé en glucose afin de rétablir l’équilibre et répondre aux besoins de l’organisme en carburant.

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Métabolisme des lipides

  • 1.
  • 3.
    INTRODUCTION Tout organisme,quelque soitle niveau d’organisation, est le siège d’échanges permanents de matière et d’énergie avec le milieu dans lequel il vit. Il puise dans le milieu environnant les matériaux nécessaires eau, sels minéraux, éventuellement substances organiques, O2, CO2 etc… il transforme ces « aliments » D’une part pour élaborer la matière vivante ( cytoplasme et inclusions) et de la matière inerte ( réserve et déchets). D’autre part pour produire certaines formes d’énergies( calorifique, mécanique, chimique , électrique etc.… Le métabolisme est l’ensemble des transformations de matière et des échanges d’énergie dont l’être vivant est le siège .Il comporte deux phases concomitantes et inverses
  • 4.
    Molécules alimentaires Digestion Molécules plus simples Absorption Voies Métaboliques CO2 +H2O O2 Voies cataboliques Protéines Glucides Lipides Acides nucléiques, etc.. Voies anaboliques Autres processus endergoniques VUE D'ENSEMBLE DU MÉTABOLISME INTERMÉDIAIRE L’Anabolisme : ou assimilation ( synthèse) correspond à la synthèse de la matière vivante et des réserves c’est-à-dire à l’élaboration de molécules complexes à partir d’éléments ou de molécules simples. Le Catabolisme : ou Dégradation de molécules complexes dont il résulte la formation de déchets et une production plus ou moins importante d’énergie
  • 5.
    Concepts généraux dumétabolisme L ’ATP est la source universelle d ’énergie L ’ATP est généré par l ’oxydation de combustibles métaboliques Le NADPH est le coenzyme majeur des réactions biosynthétiques de réduction Le NAD+ est le coenzyme majeur des réactions d’oxydation Les molécules biologiques sont construites à partir d ’un nombre limité d ’unités de répétition
  • 6.
    Métabolisme des voiesglucidiques La dégradation et la resynthèse du glucose sont les principales voies énergétiques permettant la réalisation et la continuation de l’exercice musculaire. Néanmoins, la resynthèse du glucose peut être faite à partir de multiples processus biochimiques impliquant divers substrats et/ou métabolites. Le schéma général des voies glucidiques montre bien que l’organisme humain à développé un système biochimique destiné à synthétiser son substrat énergétique de prédilection : le glucose.
  • 7.
    Glucose 1. VOIES MÉTABOLIQUESDU GLUCOSE Glycogene Pyruvate Ribose-5-phosphate et NADPH Voie des Pentoses Phosphates glycogenogénèse glycogénolyse Glucose-1-phosphate Glucose-6-phosphate Lactate Acetyl CoA gluconeogenèse glycolyse gluconeogénèse glycolyse  1- Absorption cellulaire du glucose  2- Glycogénogénèse  3- Glycogénolyse  4- Glycolyse  5- Oxydation du pyruvate  6- Cycle de l ’acide citrique (CK)  7- Gluconéogénèse  8- Voie oxydative directe du glucose
  • 8.
    Électrons transportés par 3 NADHet FADH2 Glycolyse 2 PyruvateGlucose Cycle de Krebs ATP ATPATP Chaîne de transport des électrons Électrons transportés par 2 NADH Cytosol Pyruvate 2 Acétyls CoA Électrons transportés par 2 NADH ATP A. Réactions cataboliques du glucose Glycolyse: 1 glucose = 2 acides pyruviques +2ATP +2NADH S’effectue dans le cytosol, Les deux molécules de pyruvate contiennent encore la plupart de l’énergie Pyruvate entre dans mitochondries et se tranforme en Acétyl CoA (produit NADH x2) Cycle de Krebs (acide citrique) dans la matrice Donne (CO2 + 3 NADH + FADH2+ ATP) x2
  • 9.
    Chaîne de réactionsimpliquées dans la transformation du glucose en pyruvate
  • 10.
  • 11.
  • 12.
    Km = 0,1mM ETAPE 1: Hexokinase
  • 15.
  • 17.
    1.38 mM d’enzymedans le muscle
  • 18.
  • 19.
  • 20.
    1x C6 1x C6-P 1xC6-P 1x C6-PP 2x C3-P 2x C3-PP 2x C3-P 2x C3
  • 21.
    Bilan de laglycolyse: 2ADP 2 NAD+ 2Pi glucose 2 acides pyruviques 2 NADH,H+ Que devient l’acide pyruvique ? Énergie nette 2 ATP (-O2) et 8 ATP (+O2) Les deux molécules de pyruvate servent de substrat pour l’étape suivante.
  • 22.
    noyau Membrane plasmique Cytoplasme (cytosol+élémentsen suspension) Glucose 2 Acides pyruviques (C3) glycolyse Suite de la fermentation dans le cytosol (conditions anaérobies) En conditions aérobies, suite de la dégradation dans la mitochondrie (la respiration)
  • 23.
    Il existe plusieurstypes de fermentation dont la fermentation alcoolique et la fermentation lactique. Le produit final de la fermentation alcoolique (réalisée chez des levures par exemple) est de l’éthanol. Cette réaction est utilisée par l’industrie agroalimentaire à des fins de production (bière par exemple). Les cellules musculaires humaines utilisent la fermentation lactique lorsque l’oxygène est rare (au tout début d’un effort physique intense). Lactobacillus (ex. dans le yaourt)
  • 24.
    2 acides pyruviques 2 NAD+ 2NADH,H+ 2 acides lactiques réduction de l’acide pyruvique par le NADH,H+ (⇒NAD+) et formation d’acide lactique.
  • 25.
    Bilan énergétique dela fermentation lactique glucose 2 ADP+2Pi 2 acides lactiques 2 ATP la fermentation est un catabolisme faiblement énergétique : la dégradation partielle d’une molécule de glucose permet la synthèse de 2 ATP (consomme 2 NADH)
  • 26.
    26 Que devient lelactate ? Lactate Oxydation dans les mitochondries Respiration cellulaire : Energie + CO2 + H2O Sang (lactatémie) Oxydation dans le myocarde Fabrication de glycogène dans le foie Glycolyse Le lactate ne peut donc pas être considéré comme un déchet
  • 27.
    Régulation de laGlycolyse Dans tous les tissus, le métabolisme énergétique est commandé par un facteur principal : le taux d'ATP, ou plus précisément la charge énergétique du coenzyme ATP/ADP. La régulation de chacune des voies métaboliques de la glycolyse ou de la lipolyse est ensuite commandée par la vitesse des enzymes qui contrôlent chacune de ces voies métaboliques. Les enzymes qui ont le rôle régulateur le plus important sont les enzymes-clés Les trois sites de régulation se situent au niveau des 3 enzymes allostériques catalysant les réactions irréversibles de la glycolyse à savoir : l'hexokinase, la phosphofructokinase 1 (PFK1) et la pyruvate kinase.
  • 28.
    Régulation allostérique dela Glycolyse Activation PFK 1 AMP F 2,6 di-P Inhibition PFK 1 ATP Citrate [H+] (dans le muscle) La cinétique de la PFK est allostérique et on lui connaît de nombreux effecteurs ; en particulier, au repos, elle est rétroinhibée par le produit final de la glycolyse, l'ATP, et au contraire, au cours d'un effort musculaire par exemple, elle est activée par les autres nucléotides adénylcyiques : l'ADP et surtout le 5'AMP. La phosphofructokinase I (PFK I) est l'enzyme-clé de la glycolyse. Elle catalyse la phosphorylation du fructose 6-phosphate sur la fonction alcool de son Carbone 1. La réaction couplée est irréversible.
  • 29.
    Régulation hormonale dela Glycolyse Le flux du Glc 6P est soumis à une régulation hormonale selon les tissus: Dans les cellules autres que musculaires, l’arrivée du Glc dépendra de la régulation de la glycogénolyse du foie qui sera régulée par le glucagon qui  va moduler la production du Glc1P en activant la glycogènolyse. Le flux du glc du sang vers les cellules sera modulé par l’insuline qui activera l’incorporation du Glc par la cellule en augmentant la perméabilité des cellules pour le Glc.
  • 30.
    La filière aérobie Utilisationdes deux acides pyruviques produits par la glycolyse en présence d’O2 Cycle de KREBS Série de réactions Biochimiques complexes 3 CO2 Elimination 3 H TransporteursUtilisation des transporteurs réduits
  • 31.
    Pyruvate entre dansmitochondries Acide pyruvique tranformé en Acétyl CoA par la pyruvate déshydrogénase avec formation d’une molécule énergétiquement activée et NADH (réaction de transition à la membrane externe de la mitochondrie et production de NADH x2) base azotée Adénine Sucre phosphaté fonction réactive (pour liaison covalente) •Rôle : transfert de groupes acyles (acides carboxyliques, acides gras)
  • 32.
    Cycle de l’acidecitrique (Krebs) Etape s’effectue dans la matrice mitochondriale comporte huit réactions enzymatiques décomposables en réactions simples. étape finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates, des acides gras et des acides aminés assure la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule grâce à la formation de coenzymes réduits qui seront réoxydés dans la chaîne respiratoire. Trois étapes : - Etape 1: préparation aux décarboxylations de la molécule à six carbones - Etape 2 : réactions de décarboxylations - Etape 3 : régénération de l'oxaloacétate qui acceptera à nouveau un acétyl-CoA.
  • 33.
    Le cycle deKrebs peut se décomposer schématiquement en trois étapes Etape 1 : préparation aux décarboxylations de la molécule à six carbones Etape 2 : réactions de décarboxylations Etape 3 : régénération de l'oxaloacétate qui acceptera à nouveau un acétyl-CoA.
  • 34.
    Citrate (C6) cis-aconitate (C6) Isocitrate(C6) α-cetoglutarate (C5) succincyl CoA (C4) Succinate (C4) Fumarate (C4) Malate (C4) Oxaloacétate (C4) acétyl CoA H2O H2O CO2 + CO2 + Coenzyme A + Coenzyme A ADP FADH2 NADH NADH H2O NADH ATP Réactions enzymatiques: Citrate synthétase Aconitase Isocitrate déshydrogénase α -Cétoglutarate déshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate déshydrogénase Fumarase Malate déshydrogénase Aconitase
  • 35.
    Oxaloacétate (C4) citrat e αCG (C5) Succinate (C4) FAD FADH2 malate 2 acides pyruviquesCycle de Krebs Succinyl-coA (C4) CoA CoA CoA Acétyl-co-A CoA Fixation d’un coenzyme coA, décarboxylation (libération d’un CO2), et réduction du NAD+ en NADH,H+⇒⇒formation d’acétyl-coA Fixation de l’acétyl-co-A sur le substrat (oxaloacétate) et libération du coenzyme A ⇒formation de citratedécarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+ et réorganisation de la molécule carbonée en α-cétoglutarate décarboxylation Réduction du NAD+ en NADH,H+,fixation du coA et réorganisation de la molécule carbonée en succinyl-coA Synthèse d’ATP et libération du coA ⇒formation de succinate Réduction du FAD en FADH2 et formation de malate Réduction du NAD+ en NADH,H+ et régénération de l’oxaloacétate (substrat du cycle)
  • 36.
    Bilan énergétique ducycle de Krebs Au cours du cycle sont produites, à partir d'une mole de glucose et jusqu'au stade CO2 et H2O : 2 moles de CO2 3 moles de NADH,H+ 1 mole de FADH2 1 mole de GTP = 1 mole d’ATP 9 ATP 2 ATP 1 ATP Total: 12 ATP/ tour Glycolyse aérobie jusqu’au pyruvate 2 ATP et 2 NADH,H = 8 ATP ( navette empruntée par NAD réduit) oxydation complète en aérobiose d’1 mole de Glu donne 38 ATP Acétyl-CoA + 2 H2O + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 3 H+ + CoA
  • 37.
    Dégradation complète duglucose 8 24 6 Total = 38 ATP
  • 38.
    Le cycle deKrebs est dit amphibolique, parce qu'il participe à la fois au catabolisme et à l'anabolisme. Des intermédiaires du cycle sont le point d'arrivée de certains catabolismes (acides gras, acides aminés glucoformateurs), le point de départ de certains anabolismes (acides aminés, nucléotides puriques et pyrimidiques). GLUCOSE PYRUVATE ACÉTYL-CoA CITRATEOXALOACÉTATE CITRATE ACÉTYL-CoA ACIDES GRAS CO2 CO2 CYCLE DE L ’ACIDE CITRIQUE OXALOACÉTATE ATP -CITRATE LYASE Rôle amphibolique du CK
  • 39.
    Catabolisme de certainsaa: Pyruvate Acétyl CoA Alanine, cystéine, glycine, sérine, threonine, trypotophane Leucine, tryptophane, isoleucine ∂-cetoglutarate Arginin, glutamate, gtluamine, histidine, proline Succinate Isoleucine, methionine, valineFumarate Phénylalinine, tyrosine Oxaloacetate Asparagine Aspartate CK
  • 40.
    Régulation du cycle: Lecontrôle du cycle de Krebs se fait au niveau des enzymes allostériques ou régulatrices qui sont la citrate synthétase, l’isocitrate déshydrogénase, α cétoglutarate déshydrogénase. La citrate synthétase : est activée par une concentration élevée de l’oxaloacétate et Acétyl CoA et inhibée par des concentations élevées en citrate. L’isocitrate déshydrogénase : activée par une concentration élevée d’ADP et inhibée par des concentrations élevées d’ATP, NADH. α cétoglutarate déshydrogénase : activée par une concentration élevée en NADH et succinyl CoA.
  • 41.
    La voie despentoses phosphates: La voie des pentoses existe chez tous les animaux, on peut la considérer comme une voie d'oxydation du glucose branchée en parallèle (en dérivation) sur la glycolyse : elle la quitte au niveau du glucose-6-phosphate pour la rejoindre au niveau des trioses. Cette voie n'a pas pour but de produire de l'énergie, mais de produire -des molécules de NADPH,H+ (nécessaire à des réactions de synthèse réductrices comme la synthèse des acides gras exp. synthèse du cholestérol et des hormones stéroïdes); -du ribose 5-P indispensable à la synthèse des nucléotides puriques et pyrimidiques; -de l'érythrose 4-P, précurseur d'acides aminés aromatiques comme la phénylalanine, la tyrosine, le tryptophane et l'histidine.
  • 43.
    La phase 1comprend la fonction principale de la voie: la synthèse de NADPH - Les réactions 1 et 3 sont des oxydoréductions (la 3 avec décarboxylation concomitante); la réaction 2 est une réaction d’hydrolyse de la liaison ester. PHASE 1 : OXYDATIONS
  • 44.
    PHASE 2 :RÉORGANISATION PAR ISOMÉRISATION OU ÉPIMÉRISATION (RÉACTIONS 4 et 5)
  • 45.
    PHASE 3 :RÉORGANISATION PAR TRANSFERT DE GROUPES CARBONÉS (RÉACTIONS 6 7 et 8)‐ Série de réactions qui transfèrent des groupes à 2 ou 3 atomes de carbone, catalysées par deux enzymes: Transcétolase et Transaldolase Les réactions de la phase 3 de la voie des pentoses phosphates, catalysent l’interconversion des glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 atomes de carbones. Transcétolase: 2 atomes de C Transaldolase: 3 atomes de C
  • 46.
    Le cétose esttoujours le donneur des carbones et l’aldose est l’aldose l’accepteur. Le cétose après la réaction devient un aldose et vice-versa. Le bilan énergétique est nul. Cette voie ne produit pas d’ATP mais n’en consomme pas non plus : 3 G6P + 6 NADP+  + 3 H2 O ⟶ 2 F6P + G3P A + 3 CO2  + 6 NADPH + 6 H+
  • 47.
    La néoglucogenèse La néoglucogenèseest la synthèse de glucose à partir de molécules non glucidiques comme l'acide pyruvique. Cette voie métabolique est localisée dans le foie pour l'essentiel (90%), dans le rein pour le reste (10%). L'alimentation étant intermittente, la néoglucogenèse est indispensable au maintien de la concentration du glucose dans le sang (=glycémie). Les réactions empruntées pour la gluconéogenèse sont catalysées par:  Pyruvate carboxylase  Phosphoénolpyruvate carboxykinase  Fructose-1,6-bisphosphatase  Glucose-6-phosphatase
  • 48.
    Glucose Glucose-6-P Glucose Glucose-6-Phosphatase (G-6-P) Sang Cytoplasme Malate Pyruvate Pyruvate Mitochondrie Oxaloacétate Malate Lactate Alanine Glycérol-3-P Ellese déroule dans le cytoplasme des cellules, à partir soit du pyruvate, soit de lactate, soit de glycérol, soit de l'alanine, soit encore d'acides aminés glucoformateurs AAG (issus des protéines). Précurseurs énergétiques
  • 49.
    La gluconéogenèse àpartir d’autres précurseurs Le glycérol est d’abord activé en glycérol-3-phosphate par une glycérokinase et de l’ATP. Le glycérol-3-phosphate est ensuite oxydé en dihydroxyacétone-phosphate qui réagit avec le glycéraldéhyde-3-phosphate pour former le biP lequel sera transformé en glucose. A partir du glycérol A partir des acides aminés glucoformateurs Après transamination ou désamination, les acides aminés glucoformateurs forment soit du pyruvate, soit des composés du cycle de Krebs (α cétoglutarate, succinyl CoA, fumarate et l’oxaloacétate). Le pouvoir glucoformateur diffère d’un acide aminé à l’autre : l’alanine, le glutamate, l’aspartate et la glycine se révèlent être les plus efficaces alors que la lysine et la leucine sont les seuls acides aminés à n’avoir aucun potentiel néoglucogénique.
  • 50.
    Etapes enzymatiques: Pyruvate carboxylaseest une enzyme à biotine: Conversion couplée à la consommation d ’une ATP et stimulée par acétyl CoA PEP carboxykinase: Conversion couplée à la consommation d ’une ATP en PEP.
  • 51.
    Réact° IRRÉVERSIBLES F-1,6 biphosphatase Glucose-6phosphatase Glucose-6-phosphatase est une enzyme seulement présente dans le RE des cellules hépatiques et rénales
  • 52.
    Bilan énergétique Synthèse deGLUCOSE à partir de 2 pyruvates nécessite : 4 ATP + 2 GTP Le bilan énergétique de la néoglucogenèse est de 6 molécules d'ATP consommées pour une molécule de glucose formée (2 molécules de pyruvate intermédiaires).
  • 53.
    Le métabolisme duglycogène Le glycogène (polymère de glucose) est la forme de stockage du glucose chez les animaux, cette réserve glucidique est stockée dans le foie et les muscles squelettiques. La glycogénolyse est la dégradation du glycogène en glucose, elle ne coûte rien en ATP dans le foie. La glycogénogenèse est la voie de synthèse du glycogène à partir du glucose, elle coûte 2 ATP : - un pour la transformation du glucose en glucose-6-phosphate - un pour la transformation de l'UDP en UTP Glycogénolyse et glycogénogenèse ne sont pas des voies "inverses", ce sont des voies bien distinctes.
  • 54.
    Foie Stockage (glycogénogénèse)Endogène glycogène Gestion desstocks énergétiques : Le glucose Sang Glycémie Glycogénolyse Lactate Pyruvate Néoglucogenèse GLYCEMIE (Approvisionnement/stockage): 2 hormones insuline - glucagon Alimentation Energie Protéines (AA) Triglycérides (glycérol) En fonction des besoins énergétiques de l’organisme, le glucose peut être: • stocké (repas) • mobilisé pour produire de l’énergie (exercice) • resynthétisé dans certains cas « extrêmes » Intestin Exogène glucose
  • 55.
    Glycogénolyse: Dégradation du glycogèneexogène ou alimentaire (et de l’amidon) en glucose. Glycogène ou Amidon Dextrines Maltose associé + α amylaseα D glucose Maltase α amylase (salive, pancréas) amylo α (1,6) glucosidase Ces réactions se déroulent au niveau du tube digestif , la dégradation se fait grâce à des enzymes du suc gastrique (α amylase) et les muqueuses intestinales (amylo α (1,6) glucosidase).
  • 56.
    Glycogène endogène: Dégradation duglycogène en glucose. • dans le foie et dans les muscles : Seul le glucose provenant du glycogène hépatique peut être libéré dans le sang. • lorsque manque de glucose (en période de jeûne). Etapes: Coupure des liaisons α (1-4) glucosidiques : La glycogène phosphorylase coupe les liaisons α (1-4 ) et détache les unités de glucose, une par une, de manière récurrente à partir des extrémités non réductrices.
  • 57.
    Isomérisation du G1Pen G6P : Cette réaction est réversible catalysée par la phosphoglucomutase. Hydrolyse du G6P : La liaison ester phosphate du G6P est hydrolysée par la G6-phosphatase. Coupure des liaisons α (1-6) glucosidiques : L’action de la glycogène phosphorylase s’arrête 4 résidus avant ramification. Transfert d’un trisaccharide sur la chaine principale. Hydrolyse de la liaison α1-6 par une α1-6 glucosidase avec libération de glucose libre.
  • 58.
    Bilan de laglycogénolyse : La glycogénolyse ne consomme pas d’énergie mais n’en produit pas non plus. Dans le foie, la glycogénolyse produit du glucose qui est sécrété dans le sang et sert ensuite de combustible énergétique aux cellules qui en ont besoin. Dans le muscle, la glycogénolyse produit du G6P qui est ensuite dégradé in situ.
  • 59.
    La glycogénogenèse estla voie métabolique qui permet, dans le foie (~ 100g) et le muscle (~ 400g) , la synthèse de glycogène à partir du glucose. Le mécanisme qui aboutit à la synthèse du glycogène à partir d'un nombre important de molécules de glucose est résumé par la formule : n (glucoses) → n (glycogene) + (n-1) H2O La glycogénogenèse
  • 60.
    Glucose GLUT Glucose-6-P Glucose Hexokinase (HK) /Glucokinase (GK) ATP Cytoplasme Glucose-1-P UDP-Glucose Glycogène Glycogène synthase (GS) Sang ADP phosphoglucomutase UDP-glucose-pyrophosphorylase La glycogénogenèse se déroule en cinq étapes sous l'action de plusieurs enzymes : Elongation Création des ramificationsUDP UTP Transférase enzyme-branchant
  • 61.
    Bilan de laglycogénogenèse : Pour incorporer un résidu dans le glycogène, il faut apporter 1 ATP et 1 UTP. La glycogénogenèse nécessite un apport d’énergie, c’est donc une voie endergonique. 1 ATP d’où le bilan énergétique pour l’incorporation d’un résidu G6P dans le glycogène et 2 ATP pour l’incorporation d’un résidu de glucose libre dans le glycogène .
  • 62.
    Le contrôle dela dégradation du glycogène endogène se fait au niveau de l’enzyme allostérique : la phosphorylase a. Au niven activant eau hépatique, la glycogénolyse est controlée par certaines hormones: l’insuline, l’adrénaline et glucagon. Adr et G stimule la glycogénolyse en activant la phosphorylase par des réactions de phosphorylation: foxtion de l’hormone sur le récepteur membranaire pour activer l’adényl cyclase, par conséquent il y aura une production d’AMPc pour activer les protéines kinases. L’insuline inhibe la glycogénolyse (active la glycogénogénèse) par inactivation de la phosphorylase par des réactions de déphosphorylations ( phosphatases) Régulation de la glycogénolyse et la glycogénogenèse Contrôle hormonale Mécanismes de Stimulation/inhibition
  • 63.
    Glucagon/ Adrénaline Protéine Kinase A Phosphorylase kinaseactive Phosphorylase kinase inactive Glycogène synthétase Glycogène synthétase Protéine phosphatase Insuline + + P P ADPATP ADPATP H2O H2O Pi Pi
  • 64.
    Conclusion : Le glucosecirculant dans le sang est utilisé par les muscles lors d'efforts énergétiques. Il peut être stocké sous forme de glycogène dans les muscles et dans le foie, qui constitue une réserve énergétique pour le corps dans l'intervalle des repas. Lorsque la quantité de glucose diminue dans le sang (hypoglycémie), le glycogène stocké peut alors être dégradé en glucose afin de rétablir l’équilibre et répondre aux besoins de l’organisme en carburant.

Notes de l'éditeur

  • #49 La néoglucogénèse permet, principalement au niveau hépatique, la production de glucose à partir de substrats non glucidiques : lactate, alanine et glycérol. Le lactate et l’alanine entrent dans le néoglucogenèse via le pyruvate. Le pyruvate cytolsoique est transporté dans la mitochondrie, transformé en oxaloacétate puis malate qui ressort de la mitochondrie. Puis le malate est converti en glucose avec 10 réactions successives dont certaines sont irréversibles. Le glycérol entre dans la néoglucogénèse au niveau d’un triose le PDHA qui est converti en Fructose 1-6-Biphosphate.
  • #61 La glycogénogénèse permet se stocker le glucose sous forme de glycogène. Le glycogène a une structure linéaire avec des liaisons  1-4 et des ramifications grâce à des liaisons  1-6. Les principaux tissus de stockage sont le foie (~ 100g) et le muscle (~ 400g). Les enzymes clefs sont la GS et l’HK pour le muscle ou la GK pour le foie. Dans le diabète de type 2 il existe un défaut de stockage du glucose sous forme de glycogène.