Le métabolisme des acides gras

Transcription

1 Chap VII. Le métabolisme des acides gras I. Nomenclature des acides gras Quelques acides gras naturels rencontrés chez les animaux : Acides gras saturés Figures tirées de Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition Copyright 2004 by W. H. Freeman & Company Nombre de carbones Nom commun Nom systématique Formule 12 Laurate n-dodécanoate CH 3 (CH 2 ) 10 C - 14 Myristate n-tétradécanoate CH 3 (CH 2 ) 12 C - 16 Palmitate n-hexadécanoate CH 3 (CH 2 ) 14 C - 18 Stéarate n-ctadécanoate CH 3 (CH 2 ) 16 C - 20 Arachidate n-eicadécanoate CH 3 (CH 2 ) 18 C - 22 Béhénate n-docosanoate CH 3 (CH 2 ) 20 C - 24 Lignocérate n-tétracosanoate CH 3 (CH 2 ) 22 C -

2 Acides gras insaturés : Nombre de carbones Nombre de doubles liaisons Nom commun Nom systématique Formule 16 1 Palmitoléate cis-δ 9 - Héxadécénoate CH 3 (CH 2 ) 5 CH=CH(CH 2 ) 7 C léate cis-δ 9 - ctadécénoate CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 C Linoléate cis-δ 9, Δ 12 - ctadécadiénoate CH 3 (CH 2 ) 4 (CH=CHCH 2 ) 2 (CH 2 ) 6 C Linolénate all cis-δ 9, Δ 12, Δ 15 - ctadécatriénoate CH 3 CH 2 (CH=CHCH 2 ) 3 (CH 2 ) 6 C Arachidonate all cis-δ 5, Δ 8, Δ 11, Δ 11 - Eicosatétraénoate CH 3 (CH 2 ) 4 (CH=CHCH 2 ) 4 (CH 2 ) 2 C -

3 à ph physiologique carboxylates Ex : palmitate = hexadécanoate C Caractéristiques des acides gras : nombre pair d atomes de carbone (entre 14 et 24) - les plus communs sont : le palmitate (16 C) le stéarate (18 C) la chaîne hydrocarbonée n est pas ramifiée chez les animaux configuration des doubles liaisons en CIS les doubles liaisons sont séparées par au moins 1 groupe méthylène

4 Propriétés des acides gras et des lipides qui en dérivent dépendent de : - la longueur de la chaîne - du degré d insaturation Point de fusion : insaturés : bas léique (1 Δ) 13,4 C saturés : haut Stéarique 69,6 C courts : bas Palmitique -6,5 C longs : haut Stéarique 69,6 C

5 II. Les triglycérides : forme de mise en réserve d énergie hautement concentrée rendement d oxydation glucides : 4 kcal / g lipides : 9 kcal /g car plus réduits, apolaires anhydres 1 g de graisses 6 plus d énergie qu 1 g de glycogène (anhydre) (hydraté, 1 g de glycogène + 2 g d eau) Homme : 70 kg Réserves kcal triglycérides kcal protéines 600 kcal glycogène 40 kcal glucose Triglycérides = 11 kg si remplacé par glucides + 55 kg

6 localisation des réserves: cellules adipeuses

7 Formule générale des triglycérides CH 2 C R 1 R 3 C CH CH 2 C R 2 = esters du glycérol = graisses neutres

8 III. Dégradation des triglycérides 1. Hydrolyse par les lipases CH 2 C R 1 R 2 C CH CH 2 C R 3 lipase 3 H 2 CH 2 H H CH CH 2 H glycérol + R 1 R 2 C C H H R 3 C H acides gras lipase régulée par des hormones

9 Adrénaline, nor-adrénaline, glucagon, hormone corticotrope Adénylate cyclase inactive Adénylate cyclase active second messager camp ATP protéine kinase inactive protéine kinase active L insuline inhibe la lipolyse lipase ACTIVE LYPLYSE lipase inactive

10 2. Devenir du glycérol ATP ADP glycérol 3 P glycérol glycérol kinase glycérol P déshydrogénase NAD + NADH + H + dihydroxyacétone P glycolyse pyruvate glyceraldéhyde 3 P cert situations (jeûne prolongé) gluconéogenèse glucose

11 3. Devenir des acides gras Franz Knoop (1904) CH 2 CH 2 C - Phénylpropionate C - acide benzoïque CH 2 CH 2 CH C - 2 CH 2 C Phénylbutyrate acide phénylacétique acide gras nombre pair acide gras nombre impair phénylacétique benzoïque Dégradation des acides gras 2 C par 2 C

12 Les acides gras sont oxydés dans les mitochondries. Ils sont activés avant d entrer dans la matrice a : activation des acides gras (dans la membrane mitochondriale) R C 2 étapes : R C R C~ AMP + ATP + HS-CoA R C~ S-CoA + ATP Acyl CoA synthétase R R C AMP C~S-CoA + AMP + PPi anhydride mixte (acide / phosphoryle) + HS-CoA + AMP Réversible mais PPi hydrolysé 2 liaisons riches en énergie sont clivées, 1 seule est formée

13 b : transfert par la carnitine Acides gras activés sur membrane mito externe xydés dans la matrice Transfert nécessaire : CH 3 H R + CH 3 N CH 2 C CH 2 C C~S-CoA Acyl CoA longue chaîne CH 3 H carnitine transférase CH 3 CH 3 N CH 3 CH 2 H C CH 2 C R C Acylcarnitine Transportée par translocase dans la matrice Réaction réverse dans la matrice R-C~SCoA Carnitine

14 Entrée des acides gras dans la mitochondrie

15 c : oxydation des acides gras saturés oxydation liée au FAD hydratation oxydation liée au NAD + thiolyse par le CoA = - 2 carbones David Green, Severo choa, Feodor Lynen = voie de la β oxydation

16 xydation liée au FAD FAD FADH Acyl CoA Acyl CoA déshydrogénase trans Δ 2 déhydroacyl CoA

17 Hydratation de la double liaison H 2 Stéréospécifique déhydroacyl CoA hydratase = crotonase L-3 Hydroxyacyl CoA

18 xydation NAD + NADH + H L-3 hydroxyacyl déshydrogénase 3-cétoacyl CoA

19 Clivage = thiolyse β-cétothiolase = thiolase CoASH 4 3 Acyl CoA (- 2 C) 2 1 Acétyl-CoA

20 4 3 Acyl CoA (- 2 C) Acétyl-CoA Nouveaux cycles Analogie avec cycle de Krebs : oxydation (FAD) hydratation oxydation (NAD + ) clivage Acyl-CoA déhydroacyl-coa hydroxyacyl-coa cétoacyl-coa succinate fumarate malate oxaloacétate

21 d : oxydation complète du palmitate CH 3 (CH 2 ) 14 C - CH 3 (CH 2 ) 14 C - + ATP + CoASH CH 3 (CH 2 ) 14 C~S.CoA + AMP + PPi CH 3 (CH 2 ) 14 C~S.CoA 1 FADH NADH + H + + CH 3 C~S.CoA CH 3 (CH 2 ) 12 C~S.CoA CH 3 (CH 2 ) 10 C~S.CoA CH 3 CH 2 CH 2 C~S.CoA CH 3 C~S.CoA

22 Bilan + NADH + H + + FADH 2 + NADH + H + + FADH 2 + NADH + H + + FADH 2 + NADH + H + + FADH 2 + NADH + H + + FADH 2 + NADH + H + + FADH 2 + NADH + H + + FADH 2 Palmitate + CoASH + ATP + 7 FAD + 7 NAD CoASH + 7 H 2 8 CH 3 C~S.CoA + AMP + PPi + 7 FADH NADH + 7 H +

23 e : oxydation des acides gras insaturés Ex : Palmitoléate (cis Δ 9 hexadécanoate) 16 β oxydation (3 cycles) 3 Acétyl-CoA 10 cis Δ 3 Isomérase 10 trans Δ 2 β oxydation (4 cycles) 5 Acétyl-CoA

24 Détail des différences : CH 3 (CH 2 ) 5 -CH=CH-CH 2 C~S.CoA cis Δ 3 isomérase une oxydation liée au FAD en moins CH 3 (CH 2 ) 5 -CH 2 -CH=CH-C~S.CoA H 2 trans Δ 2 H CH 3 (CH 2 ) 5 -CH 2 -C-CH 2 -C~S.CoA NAD + H NADH + H + CH 3 -(CH 2 ) 5 -CH 2 -C-CH 2 -C~S.CoA CH 3 -(CH 2 ) 5 -CH 2 -C~S.CoA + CH 3 -C~SCoA

25 e : xydations des acides gras polyinsaturés Ex : C18 cis-δ 6, cis-δ CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 4 -C cycles 6 CH 2 -CH=CH-C~S.CoA 3 2 énoylhydratase (même enzyme pour cis et trans) épimérase CH 2 -CH-CH 2 -C ~S.CoA H H D-3 hydroxyacyl CoA CH 2 -CH-CH 2 -C ~S.CoA CH 2 -C-CH 2 -C CH 2 -C~S.CoA ~S.CoA + CH 3 -C~S.CoA

26 f : oxydation des acides gras à nombre impair d atomes de carbone CH 3 CH 2 C~S-CoA ATP ADP + Pi D-méthylmalonyl CoA L-méthylmalonyl CoA Succinyl CoA Malate

27 9. Formation de corps cétoniques si dégradation glucides et graisses bien équilibrée Acide gras Acétyl-CoA Cycle de Krebs Les graisses brûlent au feu des glucides si jeûne ou diabète oxaloacétate utilisée pour synthèse de glucose acétyl-coa - acétoacétate - D-3 hydroxybutyrate - acétone = corps cétoniques

28

29 Formation des corps cétoniques : 4 Acétyl-CoA 2 Acétoacétyl CoA + 2 CoASH 2 Acétoacétyl CoA + 2 Acétyl-CoA + 2 H 2 2 HMG - CoA + 2 CoASH (Hydroxyméthylglutaryl CoA) 2 HMG CoA 2 Acétyl-CoA + 2 Acétoacétate Acétoacétate Acétone + C 2 Acétoacétate + NADH + H + β Hydroxybutyrate + NAD + 4 Acétyl-CoA + 2 H 2 + NADH + H + 4 CoA + Acétone + C 2 + NAD + + β Hydroxybutyrate

30 Formation d acétoacétate Thiolase Acétoacétyl CoA (réaction inverse de la dégradation des acides gras) + H 2 3 hydroxy-3 méthylglutaryl CoA Acétoacétate

31 Utilisation de l acétoacétate Acétoacétate CoA transférase Acétoacétyl CoA Thiolase 2 Acétyl-CoA succinyl CoA succinate CoA Krebs Chaîne respiratoire ATP

32 Formation des 2 autres corps cétoniques Acétoacétate lent spontané H + Acétone D-3 hydroxybutyrate

33 10. Régulation de la dégradation des acides gras Carnitine transférase inhibée par malonyl CoA 3-hydroxyacyl CoA déshydrogénase inhibée par NADH Thiolase inhibée par Acétyl-CoA

34 IV. Synthèse des acides gras de dégradation Caractères particuliers de la synthèse : 1. Se déroule dans le cytosol (et non mito) 2. Intermédiaires liés par covalence à l acyl carrier protein (et non à la CoA) 3. Complexes multienzymatiques (et non enzymes libres) 4. Addition séquentielle d unités à 2 C dérivés de l acétyl-coa donneur = malonyl - ACP favorisée par libération de C 2 5. Réducteur = NADPH (et non NADH ni FADH 2 ) 6. Synthèse maximale = C 16 (palmitate)

35 1. Vue d ensemble a : préparation des substrats : Acétyl - CoA + C 2 Malonyl -CoA Acétyl - CoA + ACP Malonyl - CoA + ACP Acétyl - ACP Malonyl - ACP

36 b : cycles de synthèse Acétyl-ACP + Malonyl-ACP CH 3 CH 2 CH 2 C ~ ACP Acétoacétyl-ACP NADP + complexe multienzymatique CH 3 C CH 2 C + C 2 ~ ACP NADPH + H + NADPH + H + H CH 3 C H C C~ACP H 2 NADP + CH 3 CH CH 2 C H ~ ACP

37 2. Formation de malonyl - CoA = étape d engagement de la synthèse d acides gras CH 3 C S-CoA + ATP + HC 3 - bicarbonate Acétyl-CoA Carboxylase C CH 2 C S-CoA malonyl - CoA + ADP + Pi + H 2 Acétyl-CoA carboxylase : biotine = groupe prosthétique Ressemblance avec pyruvate carboxylase Mécanisme Biotine-enz + ATP + HC 3 - C 2 ~biotine-enz + ADP + Pi C 2 ~biotine-enz + acétyl-coa malonyl CoA + biotine-enz

38 Mécanisme de réaction ping - pong ATP HC 3 - Biotine - Enz ADP Pi Acétyl-CoA Malonyl-CoA Carboxybiotine - Enz Biotine - Enz

39

40 3. L acyl carrier protein ACP : Protéine de 77 aa groupe prosthétique : phosphopantéthéine assimilé à macro CoA site actif CoA phosphopantéthéine site actif

41 4. Cycle d élongation complexe multienzymatique (dissocié chez les bactéries) Acétyl - CoA + ACP acétyl - ACP + CoA acétyl transacylase Si nombre impair : (pas très spécifique) Malonyl - CoA + ACP malonyl - ACP + CoA malonyl transacylase (spécifique) Propionyl - CoA + ACP propionyl - ACP + CoA acétyl transacylase

42 Cycle d élongation Acétyl-ACP + malonyl-acp acétoacétyl-acp + ACP + C 2 β-cétoacyl-acp synthétase (enz condensante) CH 3 C S-ACP + C CH 2 C S-ACP Acétyl-ACP Malonyl-ACP ACP + C 2 CH 3 C CH 2 C S-ACP Acétoacétyl-ACP condensation favorisée par l ATP (bien que ne participe pas à la réaction)

43 Acétoacétyl-ACP D-3 hydroxybutyryl-acp NADPH + H + β-cétoacyl-acp réductase NADP + H CH 3 C CH 2 C H S-ACP D-3 hydroxybutyryl-acp crotonyl-acp H 2 H 3-hydroxyacyl-ACP déshydrogénase CH 3 C C C S-ACP H Crotonyl-ACP

44 crotonyl-acp NADPH + H + butyryl-acp β-déhydroacyl-acp-réductase NADP + CH 3 CH 2 CH 2 C butyryl-acp S-ACP Nouveaux cycles : butyryl-acp + malonyl-acp C 6 β-cétoacyl-acp C 6 acyl-acp C 16 acyl-acp palmitate + ACP thioestérase

45 5. Stoechiométrie de la synthèse du palmitate Acétyl-CoA + 7 malonyl CoA + 14 NADPH + 7 H + Palmitate + 7 C NADP+ + 8 CoA + 6 H 2 7 Acétyl-CoA + 7 C ATP 7 malonyl CoA + 7 ADP + 7 Pi + 7 H + Bilan : 8 acétyl-coa + 7 ATP + 14 NADPH Palmitate + 14 NADP CoA + 6 H ADP + 7 Pi

46 Synthèse d un palmitate :

47 Synthèse de palmitate nécessite : 8 Acétyl-CoA 14 NADPH 7 ATP 1 NADPH est généré par exportation d 1 Acétyl-CoA vers le cytoplasme 8 NADPH pour 8 Acétyl-CoA or il faut 14 NADPH les 6 autres proviennent de la voie des pentoses phosphates

48 6. Mécanismes particuliers a : sources du NADPH : Acétyl-CoA citrate synthase Mitochondrie xaloacétate Pyruvate carboxylase Citrate Pyruvate ATP CoASH Citrate Pyruvate Cytoplasme citrate lyase malate déshydrogénase Acétyl-CoA xaloacétate Malate Enzyme malique NADH NADPH

49 citrate + ATP + CoA + H 2 Acétyl-CoA + ADP + Pi + oxaloacétate oxaloacétate + NADH + H + malate NAD + malate + NADP + pyruvate + C 2 + NADPH pyruvate + C 2 + ATP + H 2 oxaloacétate + ADP + Pi + 2 H + oxaloacétate + acétyl-coa + H 2 citrate + CoA + H + NADH + H + + NADP H ATP NAD + + NADPH + H ADP + 2 Pi + 2 H +

50

51 b : le complexe multienzymatique des eucaryotes : Chez les mammifères : Chez la levure :

52 c : régulation de la synthèse des acides gras : Acétyl-CoA carboxylase Acétyl-CoA Malonyl CoA Palmitoyl CoA Glucagon Citrate Insuline Acides gras Palmitoyl CoA inhibe : - sortie du citrate des mito - glucose 6 P déshydrogénase Σ NADPH Glucagon camp PK Acétyl-CoA carboxylase P : inactive

53 Régulation du métabolisme des acides gras Disponibilité du substrat : contrôle hormonal transport mito cyto charge énergétique de la cellule : richesse inhibe la dégradation, stimule la synthèse Concentration en enzymes clés Acétyl-CoA carboxylase Acide gras synthase = contrôle adaptatif

54 d : schéma général : [Glucose] [Glucagon] camp PK Glucose 6 P Jeûne Acétyl-CoA carboxylase Acétyl-CoA carboxylase P inactive Lipase P active Lipase inactive Malonyl CoA Synthèse NADPH Dégradation Triglycérides Acides gras Acyl CoA Cytosol Acétyl-CoA Palmityl CoA voie des pentoses P Carnitine translocase ADP + Pi + oxaloacétate Mito Acyl CoA Acétyl-CoA oxaloacétate KREBS citrate translocase ATP + CoA citrate citrate

55 d : schéma général : Richesse énergétique [Malonyl CoA] élevée Cytosol Dégradation Triglycérides Acides gras Carnitine translocase Mito Acyl CoA Glucose 6 P Acétyl-CoA carboxylase Synthèse Malonyl CoA NADPH Acyl CoA Inhib Acétyl-CoA Palmityl CoA Inhib voie des pentoses P Inhib Inhib ADP + Pi + oxaloacétate Acétyl-CoA oxaloacétate KREBS citrate citrate translocase citrate ATP + CoA

56 or 1 NADH 3 ATP 1 FADH 2 2 ATP 1 CH 3 C~S.CoA 12 ATP 8 12 = = = ATP formés or 2 liaisons riches en énergie consommées 129 ATP

57 Rendement de conservation en énergie énergie calculée : 129-7,3 = kcal énergie mesurée : kcal Rendement = = 40 % Glucose 1 Palmitate 38 ATP 129 ATP 38 6 = 6,33 ATP par carbone = 8,06 ATP par carbone

58 Bilan : Palmitoléate + ATP + 8 CoASH + 7 H NAD FAD 8 CH 3 C~S.CoA + 7 NADH + 7 H FADH 2 + AMP + PPi Bilan (8 12) + (7 3) + (6 2) 1 = 128 ATP