COURS DE BIOCHIMIE : 1 ère partie :

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1 2 ème Diététique Année scolaire COURS DE BIOCHIMIE : 1 ère partie : INTRODUCTION : BIOENERGETIQUE (VOIR DIAPORAMA DE 108 SLIDES) - Schéma général du catabolisme des nutriments en vue de la production d ATP - Voies d oxydation propre à chacun ( glucides, lipides, protéines ) - Cycle de Krebs - Chaîne respiratoire Professeur : D.PAUQUET Cours retravaillé au départ de celui de Mme B.ROBAYE REMARQUE PREALABLE IMPORTANTE: Les informations reprises dans le présent document doivent être considérées comme un résumé et non comme la totalité des notions à connaître en vue de réussir pleinement l examen. Les notes et commentaires pris lors des cours ainsi que les présentations POWERPOINT et les différents transparents présentés complèteront votre formation. La présence au cours n est pas obligatoire mais néanmoins vivement conseillée 1

2 Chapitre 1 : METABOLISME DES GLUCIDES 1. GLYCOLYSE Captation du glucose par les cellules : Transport par diffusion facilitée dans le sens d un gradient de concentration aide de transporteurs membranaires 4 sortes : Glut1 et 3 présents partout assurant un transport minimum; Glut 4 : dans les muscles et tissu adipeux avec affinité élevée pour le glucose, fonctionnels à faible glycémie, insulino-dépendants Glut 2 : dans le foie et pancréas, faible affinité pour le glucose, fonctionnels à glycémie élevée, non dépendants de l insuline. Définition de le glycolyse : catabolisme oxydatif anaérobie du glucose en pyruvate Oxydant n est pas l oxygène - fonctionnelle même en absence d oxygène Voie de catabolisme des glucides la plus importante- a lieu dans toutes les cellules mais à des degrés divers très active dans les globules rouges et cellules nerveuses ( glucodépendantes) et peu active dans le foie se déroule dans le cytoplasme Description: se fait en 10 réactions réparties en deux phases 1ère réaction: phosphorylation du glucose en glucose-6-p fournisseur de P : ATP- (consommation d un ATP) enzyme : hexokinase (dans tissus périphériques ex: muscle, tissu adipeux )- glucokinase ( foie et pancréas ) G6P piégé dans la cellule ( chargé < 0 ) - fait chuté la concentration intracellulaire du glucose maintenant le gradient de concentration glucose se trouve activé G 0 << 0 : réaction irréversible et réaction régulatrice 2è réaction: isomérisation du G6P en F6P réversible 3è réaction : phosphorylation du F6P en F1,6 BP Consommation d un ATP enzyme: phosphofructokinase ( PFK1 ) - réaction irréversible -régulatrice -efficace 4è réaction: F1,6BP est scindé en 2 molécules à 3C : Glycéraldéhyde 3P ( G3P ) et en Dihydroxyacétone Phosphate ( DHAP )- réaction réversible 5è réaction : DHAP est isomérisé en G3P réversible >>>>on a 2 G3P FIN de la 1ère phase au cours de laquelle 2 ATP ont été consommés. 2

3 6è réaction: G3P subit une oxydation puis une phosphorylation>>>> 1,3 diphosphoglycérate ( oxydant : NAD >>>2 NADH formés 7è réaction; 1,3 diphosphoglycérate perd 1 P >>> 3-phosphoglycérate libérant un P qui sert à la formation d ATP >>>>2ATP formés 8è et 9è réaction: conduisent à la formation d un composé à haut potentiel d hydrolyse: le Phosphoénolpyruvate ( PEP) 10è réaction : hydrolyse du PEP en pyruvate enzyme: Pyruvate kinase ( PK ) formation d ATP >>>>2ATP formés réaction irréversible régulatrice FIN de la 2è phase au cours de laquelle 4 ATP, 2 NADH et 2 pyruvates ont été formés 2. REACTION INTERMEDIAIRE Pyruvate tranféré dans les mitochondries transformé en Acétyl CoA sous l action d un complexe d enzymes appelé : Pyruvate déshydrogénase ( PDH ) - décarboxylation oxydative : libération de 2 CO 2-2 NAD réduits en 2 NADH 2 Acétyl-CoA formés. Remarque à propos des déshydrogénases: enzymes catalysant des réactions d oxydoréduction et utilisant un des couples suivants comme coenzyme ( ou cosubstrat ) : NAD / NADH ; NADP / NADPH ; FAD / FADH2 ; FMN / FMNH2 3. CYCLE DE KREBS. Rôle: oxydation de l acétyl-coa en CO 2 ne consomme pas d O 2 mais ne peut avoir lieu qu en présence de O 2 oxydants : NAD et FAD. A lieu dans toutes les cellules ayant accès à O 2 et possédant des mitochondries. Description: comporte 8 réactions dont 3 sont irréversibles 1ère réaction : Acétyl-CoA ( thioester à haut potentiel d hydrolyse ) réagit avec l oxaloacétate pour former du citrate, acide tricarboxylique avec une fonction alcool tertiaire Réaction irréversible 2è réaction : isomérisation du citrate en isocitrate alcool tertiaire isomérisé en alcool secondaire plus facilement oxydable - réaction réversible 3è réaction: décarboxylation oxydative : libération de CO 2 et oxydation (oxydant: NAD ) formation d -cétoglutarate - étape irréversible 4è réaction: complexe (semblable à celle qui transforme le pyruvate en acétyl-coa) irréversible nécessite du CoA et du NAD produits : succinyl-coa ( thioester ) + formation de NADH et CO 2 3

4 5è réaction: libération du CoA et formation de succinate grâce à l énergie libérée par l hydrolyse du succinyl CoA - formation de GTP converti ensuite en ATP - réaction réversible 6è réaction: oxydation du succinate en fumarate oxydant : FAD qui est réduit en FADH 2 formation d une double liaison réaction réversible. 7è réaction: hydratation de la double liaison en alcool formation du malate réaction réversible 8è réaction : fonction alcool du malate est oxydée en cétone - oxydant : NAD - régénération de l oxaloacétate qui peut repartir dans un nouveau cycle ( oxaloacétate = entraîneur du cycle )- réaction réversible Bilan: 1 tour de cycle libère 2CO 2, 3 NADH, 1FADH 2, 1ATP 2 tours sont nécessaires Le cycle ne peut tourner que dans un seul sens à cause des 3 réactions irréversibles Permet l oxydation complète du glucose Cycle amphibolique: certains des composés intermédiaires peuvent être pompés pour servir par ex à la synthèse d acides aminés >>>>nécessité de réapprovissionner le cycle en oxaloacétate. 4. CHAINE RESPIRATOIRE. Rôle: électrons des NADH et FADH 2 formés lors de la glycolyse et du cycle de Krebs vont être transférés, étape par étape vers O 2 - énergie libérée permettra la synthèse d ATP = phosphorylation oxydative NAD et FAD seront régénérés. A lieu dans la membrane interne des mitochondries, très imperméable, notamment aux H +.. Transfert des électrons du NADH produit lors de la glycolyse vers les mitochondries: via une navette car il n y a pas de transporteur. NADH cyto réduit l oxaloacétate cyto en malate cyto >>>>malate mito ( malate bénéficie d un transporteur ) malate mito est oxydé par du NAD mito en oxaloacétate mito : NAD devient du NADH Les 2 réactions impliquent 2 isoenzymes fonctionnant en sens inverse dans les 2 compartiments cellulaires.. Rappel: réaction d oxydo-réduction implique 2 couples redox ( forme réduite + forme oxydée ) Chaque couple est caractérisé par un potentiel, indicateur de sa force réductrice. Plus le potentiel est négatif, plus le pouvoir réducteur est élevé. Les couples sont classés par rapport à un couple de référence ( 2H + / H 2 ), le plus réducteur ( E 0 = - 0,42V ).A l opposé, le couple O 2 / H 2 O a un E 0 = + 0,82 V. Spontanément, les électrons sont transférés de la forme réduite du 4

5 couple le plus réducteur vers la forme oxydée du couple le moins réducteur >>>Le E de la réaction est positif (et G <O).. Globalement, NADH ( et FADH 2 ) vont donner leurs électrons à O 2.Le E de la réaction est très grand >>> incompatible avec les milieux biologiques >>>étapes intermédiaires.. Organisation de la chaîne: complexes, ancrés dans la membrane, formés d enzymes + groupements qui vont participer aux réactions d oxydo réduction + éléments mobiles qui transfèrent les e - d un complexe à l autre. Electrons vont passer du couple le plus réducteur NADH/ NAD vers CoQ ( au niveau du complexe I ) qui devient CoQH2 - NADH s oxyde en NAD Les e - du CoQH 2 sont transférés vers le Fe 3+ ( complexe III cyt.c Fe 3+ ), qui devient cyt.c (Fe 2+ ). Cyt.C( Fe 2+ ) transfère ses e + à O 2 au niveau du complexe IV : O 2 >> H 2 O Au niveau de chaque complexe le E est > 0 et G est < 0 >>>>réaction exergonique et spontanée.. A chaque complexe ( sauf le II où entre le FADH 2 ) = : énergie libérée est utilisée pour un pompage de protons de la matrice vers l espace intermembranaire : au total +/- 10 protons transférés lors du transfert de 2 e - vers O 2. >>>Protons bloqués dans l espace intermembranaire ( imperméabilité de la membrane interne ) >>>création d un potentiel électrochimique ( = ph ). Formation datp par ATP synthase ( protéine multimérique ), formée de deux parties : F 0 et F1 F 0 : ancrée dans la membrane interne présentant un canal par où peuvent rentrer les protons >>>> Rééquilibration du ph entre matrice et espace intermembranaire et libération d énergie F 1 : située dans la matrice possédant le site actif forme ATP à partir d ADP et de P i grâce à l énergie libérée. Excédent d énergie est libéré sous forme de chaleur. Nombre d ATP synthétisés: estimation 3 protons rentrés nécessaires pour la synthèse d 1 ATP + 1 proton pour amené P i >>>> avec 10 protons tranférés lors de l oxydation d un NADH, on peut produire environ 3 ATP. Lors de l oxydation d un FADH 2, seulement 2 ATP sont synthétisés. Remarque finale: plus de la moitié de l ATP est formé par cette voie = couplage entre des réactions d oxydation et phosphorylation >>>>>Phosphorylation oxydative Autre moyen : couplage avec l hydrolyse d un composé phosphorylé. Contrôle de la chaîne respiratoire: Rentrée des protons est dépendante de l utilisation de l ATP formé. Certains composés ( médicaments, drogues etc..) peuvent provoquer un découplage de la chaîne respiratoire. Tissu adipeux brun: présence dans la membrane interne d une protéine (=thermogénine ) qui permet la rentrée des protons mais n a pas d activité d ATP synthase >>>>toute l énergie libérée sert à produire de la chaleur. 5

6 . Importance de la régénération du NAD et FAD : permet à la glycolyse et au cycle de Krebs de continuer. En l absence d O 2 ou de mitochondries ( ex: muscle lors d exercice intense ou globules rouges ): pas de chaîne respiratoire >>>>ATP est fourni uniquement par la glycolyse >>>>autre moyen pour régénérer NAD est nécessaire = réduction du pyruvate en lactate par la Lactate Déshydrogénase ( LDH ) Pyruvate + NADH Lactate + NAD. Bilan de l oxydation du glucose: formation de 39 ATP ( si cycle de Krebs et chaîne respiratoire fonctionnent ) de 8 ATP ( si seulement la glycolyse fonctionne ). 6

7 5. RÉGULATION DE LA GLYCOLYSE. Rappel des moyens habituels de régulation des processus métaboliques via les enzymes Régulation allostérique: très rapide enzymes régulateurs souvent de type allostérique. Activitée modulée par un effecteur, positif ou négatif ( substrat de l enzyme ou composé en amont ou en aval) Modification de la conformation de l enzyme et de son affinité pour son substrat. Régulation par modification covalente : plusieurs minutes- la plus fréquente: phosphorylation déphosphorylation de fonctions ( alcool, phénol; COOH )présentes sur les chaînes latérales de résidus d acides aminés composant l enzyme rôle important des hormones dans ces modifications selon l enzyme : actif à l état phosphorylé ou déphosphorylé. Contrôle de la synthèse de l enzyme : la plus lente modification de l expression des gènes et donc de la synthèse de l enzyme Déclenchée par hormones ou effecteurs. Déroulement de la glycolyse est fonction : des besoins en énergie de la cellule et des demandes en précurseurs de synthèse. Régulation par: Disponibilité du glucose dépendante de la glycémie et du transport du glucose vers la cellule - Rôle des transporteurs : tissus périphériques ( muscle et rissu adipeux ) : Glut 4 opérationnels à faible glycémie ( affinité élevée pour le glucose ) dépendants de l insuline qui réquisitionnent des transporteurs supplémentaires à la surface des cellules foie et pancréas : Glut 2 opérationnels à glycémie élevée (faible affinité pour le glucose )- indépendants de l insuline Régulation des 3 réactions irréversibles : réaction1 catalysée par hexo ou glucokinase : hexokinase convertit le glucose entrant dans la cellule en glucose6p quelle que soit la glycémie, maintenant la concentration en glucose plus faible à l intérieur de la cellule insensible à l insuline A partir d une certaine concentration,le G6P inhibe l hexokinase. glucokinase est activée par l insuline convertisant alors le glucose entrant en glucose 6P gradient de concentration du glucose est assuré- pas inhibée par le G6P mais par le Fructose 6P, composé propre à la glycolyse- excès de G6P est orienté vers le stockage du glucose. réaction 3 catalysée par la phosphofructokinase 1 :niveau de contrôle le plus efficace Inhibiteurs : ATP - citrate = charge énergétique suffisante ou en voie de l être Activateurs : AMP =témoin de la consommation de l ATP + F2,6 BP ( formé à partir de F6P par la PFK2 ( phosphofructokinase 2 ) sous contrôle hormonal ( activée par insuline et inactivée par le glucagon ) 7

8 réaction 10 catalysée par la pyruvate kinase ( PK) : activée par F1,6BP - insuline inhibée par ATP - Citrate ( + alanine dans le foie ) - acétyl CoA inactivée par le glucagon glucokinase PFK1 PK sont induites par insuline 6. REGULATION DU CYCLE DE KREBS Régulation vise à répondre aux besoins en énergie et à la demande en précurseurs de synthèse. Disponibilité du substrat de départ : AcétylCo A formé à partir du pyruvate sous l action de la pyruvate déshydrogénase, réaction irréversible Activateurs: NAD et CoA Inhibiteurs: NADH et AcétylCoA - Enzyme existe sous une forme phosphorylée inactive et une forme déphosphorylée active. Disponibilité du NAD et du FAD : tributaires de la chaîne respiratoire. Régulation des enzymes catalysant les 3 réactions irréversibles : Réaction1 : condensation de l acétylcoa avecl oxaloacétate inhibée par le citrate ( produit de la réaction ) et NADH ( témoin d une activité cellulaire faible ) Réaction 3 : réaction de formation d un CO 2 et d un NADH inhibée par NADH et ATP Réaction 4 : donne le 2è CO 2 et un NADH inhibée par NADH et le succinyl- CoA ( produit de la réaction ) Enzymes 3 et 4 activés par ADP ( témoin d une faible charge énergétique ) et par les ions Ca METABOLISME DU GLYCOGENE Rappel: Les formes de stockage sont toujours différentes des molécules à stocker. Le glycogène est la molécule de stockage du glucose. C est un polymère hautement ramifié dont la masse moléculaire varie en fonction du stock de glucose. On le trouve dans presque toutes les cellules. Sa concentration est la plus élevée dans le foie ( 10 à 15% de la masse du foie ). La plus grande part du glycogène de l organisme se trouve dans les muscles.. Description de la molécule: les unités de glucose sont unies par 2 sortes de liaisons O-glycosidiques : (1>4) à l intérieur des branches et ( 1>6) aux embranchements. Aux extrémités des branches, on a une molécule de glucose dont le C4 n est pas lié (= C non réducteur ).La molécule de glycogène ne comporte qu une extrémité réductrice où se trouve une unité de glucose dont le C1, réducteur est libre.. Lorsque la concentration en glucose augmente, des molécules de glucose vont venir s ajouter aux extrémités non réductrices. En cas de pénurie, ces mêmes molécules vont être libérées à partir de ces mêmes extrémités. Extrémités sont nombreuses >>> les 2 processus sont rapides. 8

9 . Réserve hépatique est impliquée dans le maintien de la glycémie ( sert pour tout l organisme).elle est suffisante pour environ une journée. Réserve musculaire sert au muscle lui-même ; SYNTHÈSE : GLYCOGÉNOGÉNÈSE 1ère étape : activation du glucose Glucose 6-P ( commun avec la glycolyse) est isomérisé en Glucose 1-P, qui réagit ensuite avec l UTP pour donner l UDP-glucose 2ème étape: addition des unités de glucose Le C1 d un UDP-glucose réagit avec le C4 d un glucose terminal ( extrémité non réductrice ) d une molécule de glycogène préexistante via une liaison (1>4). 10 à 11 unités de glucose peuvent ainsi être ajoutées à la suite. Cela se produit simultanément sur plusieurs branches = allongement des branches catalysée par la glycogène synthase, enzyme régulateur de la synthèse du glycogène 3ème étape: ramification 6 à 7 des résidus préalablement ajoutés sont détachés et transférés vers un glucose interne d une autre branche, créant une ramification, via une liaison (1<6) catalysée par une transférase suite : alternance allongement- ramification DÉPOLYMÉRISATION : GLYCOGÉNOLYSE 1ère étape: raccourcissement des branches Libération simultanée d unités de glucose à partir des extrémités non réductrices ( =hydrolyse de liaisons (1>4) ) catalysée par la glycogène phosphorylase ( utilisation de H 3 PO 4 ), enzyme régulateur de la dégradation, nécessitant comme coenzyme le pyridoxal phosphate ( dérivé de la vitamine B6 ) >>>> libération de molécules de glucose 1-P. Se poursuit jusqu à ce qu il ne reste plus que 4 unités de glucose avant un embranchement >>>> molécule de glycogène amputée d un certain nombre de glucoses = dextrine limite 2è étape : débranchement 2 enzymes interviennent : le 1er enlève 3 des 4 résidus restants et les fixe à l extrémité d une branche le 2è hydrolyse la liaison (1<6) fixant le glucose restant >>> libération de molécules de glucose suite: alternance entre les 2 étapes Bilan: nombreuses molécules de glucose-1-p et quelques molécules de glucoseapplicable au foie et aux muscles. Sort du glucose -1-P : isomérisé en glucose-6-p ( foie et muscles) Ensuite: dans les muscles le G-6-P rejoint la glycolyse dans le foie, le G-6-P perd son P sous l action de la glucose-6-phosphatase 9

10 ( présent dans foie et rein)>>>>libération de glucose qui peut rejoindre la circulation et restaurer la glycémie. Contrôle de la libération du glucose dans la circulation par inhibition de la phosphatase par le glucose lui-même REGULATION DE LA GLYCOGÈNE SYNTHASE ET DE LA GLYCOGÈNE PHOSPHORYLASE Régulation hormonale : dans muscles par INSULINE - ADRENALINE dans foie par INSULINE ADRENALINE GLUCAGON Action globale: insuline favorise la synthèse et bloque la dégradation adrénaline et glucagon favorise la dégradation et bloque la synthèse Comment : par phosphorylation (adrénaline et glucagon) par déphosphorylation ( insuline) des enzymes régulateurs : glycogène synthase et glycogène phosphorylase Adrénaline et glucagon, via AMP C activent une kinase qui phosphoryle les 2 enzymes, activant la glycogène phosphorylase et inactivant la glycogène synthase + blocage de la protéine phosphatase ( enzyme qui enlève les phosphates) Insuline, déclenche l activation de la protéine phosphatase, inactive ainsi la glycogène phosphorylase et active la glycogène synthase + activation d un enzyme qui dégrade l AMP C (>>>ralentissement des effets de adrénaline et glucagon ) Régulation allostérique : dans muscles : glycogène phosphorylase activée par AMP et Ca 2+ - inhibée par G-6-P - glycogène synthase activée par G-6-P et ATP dans foie : glycogène phosphorylase inhibée par glucose et G-6-P - glycogène synthase activée par G-6-P et ATP 8. NEOGLUCOGENESE ou GLUCONEOGENESE Synthèse de glucose à partir de molécules non glucidiques : acides aminés( principalement alanine ) glycérol lactate Quand: en permanence à niveau bas s intensifie lorsque le jeûne s installe et que la réserve de glycogène est épuisée Localisation tissulaire : Foie ( 90%) - Rein (10%) - en cas de jeûne prolongé: 50%(foie) - 50% (rein ) Localisation cellulaire : 1ère réaction mitochondriale suivantes cytoplasmiques Description générale : point de départ: pyruvate - point final : glucose >>> inverse de la glycolyse -- emprunte en sens inverse les réactions réversibles de la glycolyse -- nécessité de contourner les réactions irréversibles par des réactions particulières -- processus consommant de l énergie: 6 ATP. 1ère réaction (mitochondriale!) : pyruvate est carboxylé en oxaloacétate par la pyruvate carboxylase - nécessite 1ATP et un coenzyme dérivé de la vitamine B8( biotine). 2è réaction : cytoplasmique >>> oxaloacétate doit d abord intégrer le cytoplasme via la navette du malate ( oxaloacétate mito > malate mitp >>> malate cyto > oxaloacétate cyto ) enzymes : malate déshydrogénases mitochondriale et cytoplasmique oxaloacétate peut alors être activé en phosphoénolpyruvate sous l action de la phosphoénolpyruvate carboxykinase - consommation de 1 GTP 10

11 >>>> 2 réactions ont été nécessaires pour contourner la dernière réaction de la glycolyse. Réactions suivantes >> Fructose 1,6 biphosphate ( F1,6 BP ) = réactions de la glycolyse prises en sens inverse. Réaction suivante nécessite un enzyme spécifique : fructose1,6 biphosphatase pour contourner l irréversibilité de la PFK1 de la glycolyse = F1,6BP > F6P. Dernères réactions : F6P est isomérisé en G6P -- G6P est déphosphorylé par la glucose-6-phosphatase pour libérer le glucose REGULATION DE LA NEOGLUCOGENESE Cible: enzymes irréversibles. Pyruvate carboxylase : régulation allostérique : activation par AcétylCoA (rappel : acetylcoa inhibe la PK et la PDH) provenant de la -oxydation des acides gras libérés du tissu adipeux en phase de jeûne - inhibition par ADP et AMP. Fructose 1,6 biphosphatase : inhibition par F2,6BP, ADP et AMP -- activation par Citrate Intervention des hormones dans la formation et la dégradation du Fructose 2,6biphosphate ( F2,6BP ) : formation à partir du F6-P est catalysée par la phosphofructokinase2 ( PFK2 ) dégradation est catalysée par la Fructose 2,6 biphosphatase ( F2,6BPase) Remarque : les 2 sites actifs sont situées sur la même protéine.adrénaline et glucagon déclenche la phosphorylation de PFK2 et de F,2,6 BPase >>>PFK2 est inactive et F2,6BPase active >>> concentration en F2,6 BP diminue >>>la gluconéogénèse peut avoir lieu ( et la glycolyse n est plus activée ). Insuline déclenche la déphosphorylation des 2 enzymes ( PFK2 et F2,6BPase ) >>> concentration en PFK2 augmente >>> Gluconeogénèse bloquée( et glycolyse activée) ALIMENTATION DE LA NÉOGLUCOGÉNÈSE PAR LES DIFFÉRENTS SUBSTRATS Acides aminés principalement l alanine origine musculaire en cas de jeûne, protéines musculaires hydrolysées vont libérer des acides aminés qui par des réactions de transaminations donneront de l alanine alanine rejoint le foie où, par transamination redonnera du pyruvate : point de départ de la néoglucogénèse = cycle glucose- alanine : glucose formé dans le foie peut rejoindre le muscle Glycérol origine tissu adipeux en cas de jeûne, triglycérides hydrolysés par la triglycéride lipase libèrent glycérol et acides gras glycérol rejoint le foie où la glycérolkinase le transforme en Glycérol 3- P qui est ensuite oxydé en glycéraldéhyde 3 P ( G3P ), intermédiaire de la néoglucogénèse - en même temps, les acides gras sont -oxydés en acétyl CoA : activateur de la puruvate kinase. Lactate origine : musculaire ou globules rouges - important en période d activité musculaire intense lorsque les muscles, privés d oxygène forment du lactate à partir du pyruvate grâce à la LDH. Le lactate formé rejoint le foie où une LDH le rconvertit en pyruvate. 11

12 9. VOIE DES PENTOSES PHOSPHATES Appelée aussi shunt des pentoses phosphates : dérivation de la glycolyse >>> consomme aussi du glucose mais ne produit pas d énergie Localisation tissulaire: a lieu dans la plupart des tissus Activté intense : foie ( plus intense que glycolyse) - tissu adipeux glandes mammaires en période de lactation cortex surrénalien globules rouges Activité faible : muscles squelettiques ( moins intense que la glycolyse) Localisation cellulaire: cytoplasme Fonctions: 1) former un coenzyme : NADPH qui servira de réducteur dans des synthèses réductrices (acides gras cholestérol et stéroïdes ) ou dans la régénération de glutathion ( globules rouges) 2) synthèse de ribose nécessaire à la synthèse des acides nucléiques >>> aux divisions cellulaires Déroulement en 2 phases : 1è phase oxydative et irréversible : 1è réaction : oxydation du glucose-6-p en une lactone par la Glucose-6-Phosphate Déshydrogénase ( GDH ) - réaction utilise du NADP ( composé dérivé de la vitamine B 3 ) et génère 1 NADPH - étape régulatrice 2è réaction : hydrolyse de la lactone(=ester interne ) qui génère une fonction COOH 3è réaction: décarboxylation oxydative - utilisant NADP comme oxydant qui se réduit et fournit ainsi un 2è NADPH + libération de CO 2 + formation d un pentose phosphate: ribulose-5-p Bilan = formation de 2 NADPH à partir d une molécule de glucose Remarque: pour pouvoir équilibrer les réactions de l ensemble, il faut partir de 3 glucoses >>> 6 NADPH et 3 ribulose -5-P sont formés. 2è phase : non oxydative et réversible: 1è réaction: Un ribulose-5-p est isomérisé en ribose-5 P - les 2 autres en xylulose -5-P Ensuite: série d échanges et de remaniements de C par des réactions de transaldolisation et transcétolisation, nécessitant un dérivé de la vitamine B 1 (=thiamine ) >>>>> formation de Fructose-6-P et de Glycéraldéhyde -3-P = intermédiaires de la glycolyse ou de la néoglucogénèse REGULATION Enzyme régulateur : glucose-6-phosphate déshydrogénase activée lorsque NADPH / NADP est faible ( ex: cas où le NADPH est utilisé par une synthèse d acide gras) inactivée si NADPH / NADP est élevé - induite par insuline Si la demande en NADPH est > à la demande en ribose ( adipocytes ou globules rouges): 1ère phase se déroule et forme du NADPH suivie par la 2è phase qui donne F-6-P et G-3-P qui peuvent reformer du glucose -6-P. Si la demande en ribose est > à la demande en NADPH ( divisions cellulaires très actives) : la 1ère phase peut rapidement être inhibée.le glucose-6-p emprunte la glycolyse pour former du F-6-P et de G-3-P qui empruntent les réactions réversibles de la 2è phase pour donner du ribose 12

13 Exemple d utilisation du NADPH pour la protection des globules rouges contre les effets nocifs provoqués par H 2 O 2 ou d autres espèces oxygénées ( radicaux) grâce au glutathion.( tripeptide Glu-Cys-Gly ). Le SH du résidu cystéine protège la cellule en réagissant avec H 2 O 2 >> oxydé avec formation d un pont disulfure.pour continuer à protéger la cellule, le glutathion oxydé doit être régénéré par réduction, grâce à une glutathion réductase qui utilise NADPH comme réducteur. Exemple de pathologie liée à l absence de glucose-6-phosphate déshydrogénase anémie falciforme : pathologie héréditaire liée au chromosome X : patients présentent une anomalie de forme et une fragilité des globules rouges qui conduisent à une hémolyse accrue.l hémoglobine ne fonctionne pas correctement car le Fer se retrouve à l état de F 3+ au lieu de METABOLISME DE QUELQUES GLUCIDES AUTRES QUE LE GLUCOSE FRUCTOSE : Métabolisé majoritairement dans le foie mais aussi dans tissu adipeux-musclesreins-intestin ; Foie ( + rein et intestin) : une fructokinase spécifique transforme le fructose en fructose-1-p. ( F1P ) F1P est ensuite scindé en Dihroxyacétonephosphate ( DHAP) et glycéraldéhyde, DHAP et glycéraldéhyde sont transformés en Glycéraldéhyde -3 phosphate >>>le fructose rejoint glycolyse ou gluconéogénèse Autres tissus utilisent l hexokinase et forme du fructose 6-P intermédiaire de la glycolyse voie peu active car hexokinase a peu d affinité pour le fructose REGULATION : Entrée du fructose dans les cellules et l activité de la fructokinase est indépendante de l insuline >>> peut expliquer que le fructose est capté et assimilé par les cellules chez les diabétiques Son métabolisme conduit à la formation de G3P sans passer par l étape régulatrice de la PFK1. Consommation excessive de fructose : même chez un individu non diabétique entraîne une consommation excesive d ATP, ce qui stimule la glycolyse et donc la formation de grandes quantités de pyruvate puis d acétylcoa qui sera dirigé vers la synthèse d acides gras PATHOLOGIES DU MÉTABOLISME Absence de fructokinase >>> fructosurie essentielle : fructose ne peut être pris en charge par le foie >>>restent les muscles mais dont l hexokinase n est pas très efficace avec le fructose >>>accumulation de fructose dans la circulation et fructosurie Absence de l aldolase qui scinde le fructose -1-P en molécules à 3 C : fructose peut entrer librement dans les cellules et se transformer en fructose-1-p, consommant beaucoup d ATP >>> risque de déficit en ATP et défaut de phosphorylation de certains enzymes comme la glycogène phosphorylase >>>> risque d hypoglycémie ou coma + fructosémie et fructosurie = intolérance au fructose 13

14 GALACTOSE Précurseur de la synthèse du lactose dans la glande mammaire composant se molécules complexes telles que glycoprotéines ou glycolipides. Métabolisation uniquement hépatique : transformé en Galactose-1-P ( Gal-1-P ) par une enzyme spécifique: la galactokinase. Ensuite, réaction d échange avec UDPglucose catalysée par une transférase >> il se forme de l UDP-galactose ( forme activée du galactose ) et du glucose-1-p ( G-1-P ). G-1-P s isomérise en G-6-P, rejoignant ainsi la glycolyse. UDP-galactose peut subir une isomérisation pour donner de l UDP- glucose : réaction réversible >>> galactose n est pas essntiel dans l alimentation REGULATION : Entrée dans les cellules et la galactokinase ne sont pas influençées par l insuline PATHOLOGIES DU MÉTABOLISME Absence de galactokinase : capté par d autres tissus ( tissu nerveux ou cristallin) et réduit par une aldose réductase en un sucre alcool:le galacticol provoquant dans le cristallin une cataracte + galactosémie accrue + galactosurie Absence de la tranférase : qui forme l UDP-galactose >>> consommation excessive d ATP par la galactokinase >>> déficit en ATP>>> hypoglycémie +Galactosémie accrue et galactosurie + formation de galacticol SORBITOL alcool dérivé du glucose :fonction aldéhyde remplacée par fonction alcool Traverse les membranes lentement >>>sorbitol consommé par voie orale est absorbé lentement au niveau intestinal>>>peu de risque d accumulation (! au sorbitol administré par voie intraveineuse ) Foie et vésicules séminales ont une sorbitol déshydrogénase qui oxyde le sorbitol en fructose qui rejoint le métabolisme du glucose Du sorbitol peut être synthétisé à partir du glucose dans certains tissus ( foie-reincellules deschwann- cristallin rétine )grâce à l aldose réductase >>>>dansles cellules qui ne disposent pas de sorbitol déshydrogénase ( cristallin par ex-) le sorbitol ne va être éliminé que très lentement : pas de problème si la glycémie est faible car l aldose réductase à une faible affinité pour le glucose ( K M élevé) >>>peu active si la glycémie est élevée ( diabétique pas ou mal traité) >>>aldose réductase s active et du sorbitol se forme en plus grande quantité >>>accumulation>>>risque de cataracte 14

15 Chapitre 2 : METABOLISME DES LIPIDES 1. DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES COMPOSITION : surtout triglycérides ( = TG)+ phospholipides (= PL )+ cholestérol libre et estérifié Enzymes nécessaires : lipases ( hydrolyse des TG et PL ) estérases ( hydrolyse des esters de cholestérol ) Estomac: liquéfaction des lipides enzymes peu actives à cause du ph présence d une lipase gastrique,active à ph acide capable d hydrolyser les matières grasses du lait contenant des acides gras( =AG ) à courte chaîne. AG libérés sont absorbés via la paroi de l estomac Intestin: arrivée du suc pancréatique ( ph plus élevé) avec des lipases et estérases + bile apportant sels biliaires et phospholipides (= émulsifiants) + cholestérol Remarque : Emulsifiants sont indispensables à tous les processus de digestion parce qu ils permettent aux enzymes d accéder plus facilement aux substrats. Les enzymes digestives sont produites sous forme inactive ( = zymogènes ) puis activées ( par hydrolyse partielle ) au contact de la chymotrypsine. Dans la lumière intestinale: TG sont hydrolysés par la lipase pancréatique, libérant les acides gras des positions C1 et C3. ( liaisons esters primaires).la liaison ester en C2 est plus difficile à hydrolyser ( ester secondaire ) et nécessite une isomérisation préalable. Entrée dans les entérocytes des acides gras- des 2 monoglycérides du glycérol Dans les entérocytes : AG vont être activés en acyl-coa par réaction avec ATP et le CoA SH sous l action de l Acyl CoA synthétase. Glycérol et 2 monoglycérides vont réagir avec les acylcoa pour reformer des TG = triglycérides exogènes Selon un processus semblable, phospholipides et esters de cholestérol sont hydrolysés dans la lumière intestinale, puis reformés dans les entérocytes après captation des produits d hydrolyse par les entérocytes. Lipides seront ensuite associés avec diverses protéines pour former des particules de chylomicrons, qui seront exocytées dans la circulation lymphatique et déversés dans la circulation sanguine au niveau du canal thoracique. 2. TRANSPORT DES LIPIDES Etude des LIPOPROTEINES( LP ) assurant le transport des lipides dans la circulation sanguine = assemblages de molécules de lipides et de protéines ( particules ) 4 principaux groupes: Chylomicrons- VLDL LDL HDL Protéines appelées apoprotéines plusieurs dizaines d apoprotéines différentes - rôles divers: enzymatique- activateur ou transport Lipides: TG phospholipides esters de cholestérol cholestérol non estérifié (= cholestérol libre ) Remarque: ne contiennent pas d acides gras libres. Les acides gras libres présents en faible quantité dans la circulation sont transportés par l albumine,grâce à un site de fixation spécifique Organisation générale d une particule de lipoprotéine : Lipides hydrophobes au centre : TG et esters de cholestérol - amphiphiles à l extérieur : PL et cholestérol libre 15

16 Protéines : enclavées entre les PL et cholestérol libre = apoprotéine intégrée en surface = apoprotéine périphérique Variation de la composition entre les différentes classes: proportion des différents lipides proportion lipides-protéines >>>> influence sur la densité - nature des protéines ( voir tableau pour détails ) >>>> Chylomicrons et VLDL : proportion importante de TG peu de protéines >>>>très faible densité >>>> LDL: proportion plus faible de TG esters de cholestérol - proportion plus élevée de protéines >>>faible densité >>>> HDL : faible proportion de lipides surtout PL et esters de cholestérol Proportion importante de protéines >>>densité élevée CHYLOMICRONS : élaborés dans les entérocytes - contiennent lipides resynthétisés à partir des produits de digestion des lipides exogènes : TG PL esters de cholestérol + cholestérol libre + association avec des apoprotéines synthétisées dans les entérocytes, en particulier l Apo B48 - contiennent aussi d autres molécules à caractère lipidique provenant de l alimentation : ex vitamines liposolubles >>>>fabriquées dans le reticulum endoplasmique, elles sont exocytées dans la circulation lymphatique puis déversées dans la circulation sanguine où elles reçoivent diverses protéines supplémentaires et différentes, ex Apo C fournies par les HDL Sort : se dirigent vers les tissus périphériques ( ex: tissu adipeux muscles squelettiques muscle cardiaque ) >>>> action de la Lipoprotéine lipase ( LPL ) Lipoprotéine Lipase: enzyme de la paroi des capillaires sanguins de ces tissus glycoprotéine accrochée à l extérieur des cellules. Activée par l ApoC, hydrolyse 90% des TG des chylomicrons qui deviennent alors des remnants ( ou fantômes ) qui rejoignent le foie pour y être disloqués. Devenir des produits d hydrolyse des TG : Acides gras ( AG ) sont captés par les cellules du tissu adipeux ou autre, utilisés comme source d énergie ou mis en réserve Glycérol peut aussi être capté ou redirigé vers le foie VLDL: Very Low Density Lipoprotein Elaborées dans le foie: contiennent une proportion importante de TG synthétisés dans le foie - une concentration importante d AG stimule la synthèse de TG et la formation des VLDL possèdent une apoprotéine spécifique: ApoB100 servant à la reconnaissance des VLDL par les tissus cibles périphériques >>>> tissus périphériques et action de la LPL >>>>perte de TG >>>> IDL de densité intermédiaire >>>> 50 % des IDL rejoignent le foie 50% continuent à perdre des TG >>>>deviennent LDL proportionnellement plus riche en cholestérol 1er bilan : chylomicrons transportent les TG exogènes de l intestin vers les tissus périphériques les VLDL transportent les TG endogènes du foie vers les tissus périphériques LDL : Low Density Lipoprotein Riches en cholestérol- assurent le transport vers les tissus qui en ont besoin ( ex: cortex surrénalien ) grâce à l ApoB100 reconnue par des récepteurs spécifiques Existence d une corrélation entre le cholestérol lié aux LDL ( mauvais cholestérol ) et l apparition de maladies cardio-vasculaires 16

17 Composition en AG destg des VLDL influencent la taille des particules : AG insaturés donnent des particules plus grosses que les AG saturés >>>>le rapport S /V est plus faible >>> moins de cholestérol Pathologie liée à l Apo B100: hypercholestérolémie familiale Due à un déficit de récepteurs aux LDL >>>>Accumulation de LDL dans la circulation HDL : High Density Lipoprotein Elaborées dans le foie et entérocytes renferment une proportion élevée de protéines >>> densité élevée - possèdent une Apo A 1 spécifique non présente lors de leur formation reçue des chylomicrons et des VLDL une fois libérees dans la circulation Remarque : des échanges de protéines ont lieu dans la circulation entre les différentes classes de lipoprotéines Rôle des HDL: Elimination du cholestérol tissulaire excédentaire ( bon cholestérol ) Apo A 1 active un enzyme circulant, synthétisé dans le foie, LCAT( Lécithine Cholestérol Acyl Transférase ) Lécithine, substrat se la LCAT est un phospholipide présent à la surface des HDL LCAT enlève l AGI du C2 de la lécithine pour le transférer sur le cholestérol présent en périphérie des HDL >>>>estérification du cholestérol qui migre vers l intérieur de la particule >>>changement de forme >>>accumulation d esters de cholestérol entraîne un blocage de la LCAT >>> Transfert des esters de cholestérol par une autre transférase vers les résidus chylomicrons et de VLDL >>>>retour des esters de cholestérol vers le foie >>>>> LCAT peur reprendre son activité >>>> place disponible à la surface des HDL pour du cholestérol libre provenant des tissus >>>>estérification >>>>> retour au foie 2è bilan: LDL transportent le cholestérol du foie vers les tissus périphériques Les HDL ramènent l excédent de cholestérol tissulaire vers le foie 3. METABOLISME DES TRIGLYCERIDES Représentent 50% des lipides de l organisme Rôles: protection des tissus réserve d énergie ( = réserve d AG ) Tissus concernés : principalement tissu adipeux- foie muscles intestin Intestin : siège de l hydrolyse des TG alimentaires et d une resynthèse de TG exogènes pris en charge par les chylomicrons Foie: siège de l hydrolyse des TG apportés par les résidus de lipoprotéines et d une resynthèse de TG endogènes pris en charge par les VLDL Tissu adipeux: Siège d une hydrolyse et d une synthèse de TG = réserve d AG à disposition de tout l organisme Muscles : siège d une hydrolyse et de synthèse réserve d AG locale Equilibre entre hydrolyse et synthèse influencé par : état nutritionnel- situation énergétique hormones ENZYMES IMPLIQUES DANS LE CATABOLISME : Lipases pancréatiques: lipases extracellulaires libérées dans la lumière intestinale cible : TG de l alimentation Lipases intestinales : entérocytes complètent l action des lipases pancréatiques Lipoprotéines lipases : différentes selon les tissus ( voir remarque plus haut ) cible : TG des lipoprotéines ( chylomicrons, VLDL, IDL ) 17

18 Triglycéride lipase : muscles et tissu adipeux pas présente dans le foie cible : TG locaux Lipase hépatique : cible: TG des résidus de lipoprotéines qui reviennent au foie Régulation : Lipases pancréatiques- intestinales et hépatique ne sont pas régulées Lipoprotéines lipases : existence d isoenzymes ( formes différentes d un enzyme catalysant la même réaction mais avec des paramètres cinétiques différents ) dans différents tissus : LPL du muscle cardiaque a un Km pour les TG plus faible que la LPL du tissu adipeux et des muscles squelettiques >>>> a plus d affinité pour les TG >>>elle fonctionne même lorsque la concentration en TG est faible : normal car le muscle cardiaque doit pouvoir disposer d AG en toutes circonstances. La LPL du tissu adipeux et musculaire ne fonctionne qu en présence d une concentration élevée en TG, >>>après un repas. LPL du coeur est insensible à l insuline LPL du tissu adipeux et musculaire y est sensible Triglycéride lipase : appelée lipase hormono-dépendante existe sous 2 formes : phosphorylée = active phosphorylation sous influence des hormones : adrénaline, glucagon ( selon les tissus ) déphosphorylée inactive sous l effet de l insuline + inhibition par les acides gras ENZYMES IMPLIQUES DANS LA SYNTHESE : Tissus concernés: foie - tissu adipeux entérocytes muscles myocarde Enzyme principal : Triglycéride synthase = complexe formé des enzymes nécessaires à la synthèse - activée et induite par l insuline AG et glycérol doivent être préalablement activés : AG activés en acylcoa sous l action de l acylcoa synthétase - Glycérol : 2 formes activées possibles selon le tissu : soit 2 monoglycéride = glycérol avec un AG sur C2 - puis 2 réactions d estérification successives en C1 et C3 avec 1 acylcoa - utilisée dans les entérocytes : soit glycérol-3-p = glycérol dont la fonction alcool en C3 est phosphorylée - formé par phosphorylation du glycérol sous l action d une glycérol kinase ( présente dans le foie et les entérocytes ) formé à partir du DHAP, intermédiaire de la glycolyse ( dans tissus adipeux et musculaire + foie )- 2 estérifications successives en C1 et C2 par des acylcoa >>>> on obtient du phosphatidate ( ou acide phosphatidique ) élimination du phosphate en C3 et fixation d un AG 4. METABOLISME DES PHOSPHOLIPIDES Rôles: structural : dans les membranes et lipoprotéines métabolique : précurseurs de messagers hormonaux ou de composés tels que eicosanoïdes ou estérification du cholestérol dans les HDL ( lécithine ) fonctionnel: émulsifiant lors de la digestion surfactant pulmonaire Glycérophospholipides : glycérol estérifié en C1 et en C2 par un AG ( souvent un AG insaturé en C2 ) en C3 phosphodiester : un ester phosphate avec le OH du C3 + ester phosphate avec un autre alcool variable ( éthanolamine >>>>phosphatidyléthanolamine ou choline>>>phosphatidylcholine ou lécithine ) Existent d autres phospholipides où le glycérol est remplacé par d autres alcool s ex: sphingosine >>>>sphingolipides 18

19 CATABOLISME : fait intervenir des phospholipases : pancréatiques ( hydrolyse des phospholipides exogènes) - membranaires existence de phospholipase A1,A2, C ou D spécialisées dans l hydrolyse d une liaison particulière SYNTHESE : se fait à partir de 2 substrats : 1,2 diglycéride et un alcool ( ex: éthanolamine ou choline) dont un des 2 doit être activé soit la choline : transformée en phosphocholine puis réaction avec du CTP >>>>CDPcholine qui peut réagir ensuite avec le 1,2,ndiglycéride pour donner la phosphatidylcholine ( 1,2diglycéride peut provenir du phosphatidate : voir ci-dessus ) soit le 1,2 diglycéride : réaction avec le CTP >>>>CDP-diglycéride qui réagit ensuite avec l alcool ( ex: choline) Remarque: la synthèse des phospholipides est plutôt favorisée lorsque la concentration est modérée celle des triglycérides lorsque la concentration est élevée 5. METABOLISME DES ACIDES GRAS Rôles: structural : dans les membranes métabolique : précurseur de messagers hormonaux source d énergie sauf pour les cellules glucodépendantes CATABOLISME : oxydatif ( oxydants utilisés NAD et FAD ), aérobie comporte 2 phases 1ère : -oxydation ( phase d oxydation propre aux AG) qui va mener à la formation d acétyl CoA 2ème : AcétylCoA rejoint le cycle de Krebs où se poursuit l oxydation Les cofacteurs réduits formés ( NADH et FADH2 ) rejoindront la chaîne respiratoire >>>>libération d une quantité d énergie supérieure à celle produite par l oxydation du glucose permettant la synthèse d ATP Localisation tissulaire : dans tous les tissus Localisation cellulaire : mitochondries - OXYDATION :AG doivent être activés sous forme d AcylCoA ce qui nécessite la consommation d un ATP et de CoA et l acylcoa synthétase - réaction se déroule dans le cytoplasme Transfert des acylcoa dans les mitochondries : grâce à la navette de la carnitine : Dans le cytoplasme, l acyl de l acylcoa est transféré vers la carnitine >>>>acylcarnitine qui peut pénétrer dans la matrice mitochondriale grâce à un transporteur Dans la matrice, l Acylcarnitine repasse l acyl à du CoA >>>reformation d acylcoa Cycle de Lynen : L acyl CoA va parcourir plusieurs fois un cycle composé de 4 réactions dont deux sont des oxydations - à chaque tour l acyl perd 2C à partir de la fonction COOH et libère 1 AcétylCoA Description: 1ère réaction : oxydation - oxydant = FAD qui est réduit en FADH 2 >>> formation d une double liaison 2ème réaction: hydratation de la double liaison >>>> fonction alcool sur le C en position 3ème réaction : oxydation - oxydant = NAD réduit en NADH >>>>alcool oxydé en cétone 19

20 4ème réaction : thiolyse ( hydrolyse en présence de CoA ) >>>> libération d un AcétylCoA et d un AcylCoA avec 2 C en moins Ensuite: l acylcoa formé repart pour un nouveau cycle au cours duquelil perdra 2C et libérera 1 AcétylCoA >>>>> une molécule d AG saturé à n carbones libérera n/2 molécules d Acétyl CoA Bilan en ATP : 130 ATP lors de l oxydation complète de l acide palmitique ( 16 C) Cas particuliers : si AG est insaturé, le cycle est bloqué par la présence d une double liaison >>>>il doit se produire 2 réactions successives por la faire disparaître >>><le bilan en ATP est inférieur à celui d un AG saturé à même nombre d atomes de C si AG à nombre impair d atomes de C ( souvent d origine végétale ) : le dernier cycle libère du propionylcoa ( au lieu d un Acétyl CoA ) >>> en présence de biotine ( B8 ) et de B12, se transforme en succinyl CoA ( intermédiaire du cycle de Krebs ) Molécules d acétyl CoA ( + succinylcoa ) rejoignent le cycle de Krebs. Tous les NADH et FADH2 formés lors de la -oxydation et le cycle de Krebs vont rejoindre la chaîne respiratoire >>>>>formation d ATP SYNTHESE D ACIDES GRAS : relativement limitée car apport exogène suffit aux besoins Localisation tissulaire : principalement foie- tissu adipeux glandes mammaires Localisation cellulaire : cytoplasme jusque acide palmitique ( 16C saturé ) Description: Point de départ : acétyl CoA ( origine glycolyse ) se trouve dans les mitochondries >>>> doit rejoindre le cytoplasme via la navette du citrate Réaction préliminaire de carboxylation catalysée par l acétylcoa carboxylase, nécessite CO 2 1 ATP et de la B8 étape régulatrice de la synthèse >>>>formation de malonylcoa La suite de la synthèse fait intervenir un complexe de plusieurs enzymes repris sous le nom d acide gras synthase - complexe présente 2 SH : un sur la partie enzymatique et un sur la partie transporteuse des acyl = ACP La synthèse se déroule par cycles successifs. Chaque cycle se compose de 4 réactions dont 2 sont des réductions. A chaque cycle l acyl est allongé de 2C du côté du COOH. 1AcétylCoA se fixe sur le SH de la partie enzymatique et 1 malonylcoa sur le SH de l ACP >>>>démarrage du premier cycle 1 ère réaction : condensation >>>transfert de l acétyl sur le malonyl >>>fonction cétone 2ème réaction: réduction de la cétone par du NADPH >>>> alcool secondaire 3ème réaction : déshydratation >>>> double laison 4ème réaction: réduction par NADPH >>>> saturation de la double liaison >>>>> on obtient un Acyl à 4 C fixé sur le SH de l ACP puis transféré ensuite sur le SH de la partie enzymatique >>>> 1 malonyl CoA vient se fixer sur le SH de l ACP 20

21 et le 2è cycle commence ainsi de suite jusqu à obtenir un Acyl CoA à 16 C : 7tours ont été nécessaires Elongations et désaturations sont possibles au départ d acide palmitique : se déroulent dans le foie ou le tissu adipeux ont lieu dans les mitochondries ( élongations simples) ou le reticulum endoplasmique ( élongations et désaturations) réactions catalysées par des élongases et des désaturases spécifiques. Limites: La 1ère désaturation a lieu en 9. Nous sommes ensuite capables d introduire des doubles liaisons supplémentaires entre le 9 et le COOH mais pas entre le 9 et l extrémité CH 3 >>>>> obligation de partir d acides gras essentiels. 21

22 REGULATION DE LA SYNTHESE ET DU CATABOLISME Enzyme régulateur de la synthèse : acétyl CoA carboxylase Régulation allostérique : activateur de l enzyme: citrate provenant du cycle de Krebs ( bloqué si charge énergétique est suffisante ) inhibiteur : acyl CoA quelle que soit leur origine ( = rétro-inhibition ) Régulation de la navette de la carnitine : inhibition par le malonyl CoA >>>> les acylcoa qui se forment ne seront pas immédiatement dégradés - quand la concentration en malonyl CoA diminue l inhibition est progressivement levée >>> la -oxydation peut de nouveau avoir lieu Régulation hormonale : par glucagon - adrénaline insuline Adrénaline et glucagon déclenche la phosphorylation de : l acétyl CoA carboxylase >>>> inactive >>>> synthèse des AG est bloquée la triglycéride lipase >>>> active >>>> libération d AG à partir des TG >>>> inhibition de la carboxylase >>>> renforcement du blocage de la synthèse et -oxydation autorisée Insuline provoque la déphosphorylation des 2 enzymes >>>> synthèse activée et lipolyse inactivée 6. METABOLISME DES CORPS CETONIQUES 3 corps cétoniques: Acétoacétate -hydroxybutyrate acétone Acétoacétate et acétone sont des cétones -hydroxybutyrate n en est pas une. Acétoacétate et - hydroxybutyrate sont des acides Synthétisés à partir de l acétyl-coa - d origine lipidique solubles ( soluble fats ) et diffusant facilement au travers des membranes - peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique Servent de substrats énergétiques pour pallier au manque de glucose mais servent aussi dans la myélénisation du cerveau néonatal et dans la lipogénèse des glandes mammaires Produits en trop grande quantité, ils sont responsable ils peuvent provoquer une acidocétose, pouvant mener au coma CETOGENESE : A lieu dans le foie - dans les mitochondries Point de départ: AcétylCoA provenant du catabolisme des acides gras ou des acides aminés cétogènes Description: réaction1: condensation de 2 molécules d acétylcoa >>>>>acétoacétyl réaction2 : condensation de acétoacétylcoa avecune 3ème molévule d acétylcoa >>>>HMG CoA 22

23 réaction3 : Clivage du HMG-CoA >>>> acétoacétate + acétylcoa réaction4 : réduction d une partie de l acétoacétate en -hydroxybutyrate réaction réversible réaction5: décarboxylation spontanée ( non enzymatique ) de l acétoacétate ( fonction de la concentration en acétoacétate) en acétone Diffusion au travers des membranes pour rejoindre la circulation - peuvent être éliminés dans les urines - acétone (volatile ) peur aussi être éliminée par les poumons CETOLYSE : Possible dans les mitochondries des tissus périphériques ( muscle- myocardecerveau- cortex surrénalien ) - impossible dans le foie -hydroxybutyrate et acétoacétate sont surtout utilisés Description: réaction1: reconversion (=oxydation )du -hydroxybutyraye en acétoacétate réaction2 : activation de l acétoacétate en acétoacétylcoa - 2 voies possibles - réaction impossible dans le foie par absence des enzymes nécessaires réaction3 : scission de l acétoacétylcoa en 2 molécules d acétylcoa qui peuvent entrer dans le cycles de Krebs REGULATION DE LA CETOGENESE : En situation normale ( absence de pathologie et alimentation équilibrée ) production reste modérée.la concentration sanguine ne dépasse pas 0,2 mm >>> -hydroxybutyrate et acétoacétate peuvent être neutralisés par les systèmes tampons du sang Si production augmente,( exjeûne ou diabète ) la concentration sanguine peut devenir très élevée >>> systèmes tampons sont débordés >>> acidoacétose Exemple d une situation au cours de laquelle la production de corps cétoniques augmente : situation de jeûne = absence d apport de glucose et lipolyse déclenchée dans le tissu adipeux >>> libération d acides gras qui rejoignent le foie où ils sont - oxydés >>>> libération de grandes quantités d acétylcoa et synthèse de corps cétoniques Explication possible: Sort normal de l acétylcoaa est de réagir avec l oxaloacétate. Or la glycolyse est fortement ralentie par manque de glucose >>> peu de pyruvate est formé >>> peu d oxaloacétate qui sera préférentiellement dirigé vers la néoglucogénèse >>>> l acétylcoa est dirigé vers la synthèse des corps cétoniques Production de corps cétoniques augmente d autant plus que le rapport glucagon/insuline augmente Autres situations où la cétogénèse augmente : diabétiques non traités ou mal équilibrés ( glucose est présent mais ne peut être captés par les cellules )- excercice physique intense - régime riche en AG 23

24 7. METABOLISME DU CHOLESTEROL Description : molécule formée de 4 cycles condensés. - 3 cycles à 6C et 1 à 5C où une chaîne hydrocarbonée est fixée - posséde une double liaison et une fonction OH >>>> Molécule amphiphile Fonction alcool peut être estérifiée per un AG >>>> ester de cholestérol des molécules importantes découlent du cholestérol : ex :acides biliaires ou stéroïdes Rôles: structural : constituant des membranes des cellules animales des lipoprotéinesmétabolique: précurseur de la synthèse des acides biliaires- stéroïdes Vit D SYNTHESE Fournit au moins la moitié des besoins de l organisme. le reste est forni par l alimentation Localisation tissulaire: toutes les dellules ayant un noyau - foie : 4/5 intestin - peausurrénales Localisation cellulaire : en partie dans cytoplasme, en partie dans le réticulum endoplasmique Description: point de départ : Acétyl CoA 1ère phase : condensation de 3 molécules d AcétylCoA formant le HMG-CoA qui après réduction donne le mévalonate réduction est catalysée par la HMG-CoA réductase = enzyme régulateur de la synthèse - réaction irréversible remarque; cet enzyme est la cible de l action d une catégorie de médicaments hypocholestérolémiants (statines = inhibiteurs ) ) 2ème phase : Mévalonate est transformé en molécules d isoprène qui sont activées par phosphorylation 3ème phase: Polymérisation des molécules d isoprène >>> Squalène 4ème phase : Cyclisation du squalène en lanostérol Dernière phase :20 réactions sont encore nécessaires pour ariver au Cholestérol Bilan: Synthèse très longue coûteuse en énergie : 18 ATP - nécessite aussi du NADPH 18 molécules d acétylcoa sont nécessaires REGULATION de la synthèse Porte sur la HMG -CoA réductase Régulation allostérique: rétroinhibition par le cholestérol - par les acides biliaires Régulation hormonale: glucagon et adrénaline déclenchent la phosphorylation de l enzyme >>>> inactivé insuline provoque la déphosphorylation >>>> activé Cholestérol régulateur = cholestérol synthétisé ou exogène >>>> si consommation d une alimentation dépourvue de cholestérol >>>les VLDL secrétées par le foie contiennent uniquement du cholestérol endogène si la consommation est modérée >>> la synthèse endogène diminue >>> cholestérol circulant reste constant - si la consommation est très importante, l équilibre est rompu >>>> le taux de cholestérol circulant augmente. 24

25 Régulation du cholestérol libre dans les cellules : But: maintenir constant le pool de cholestérol libre Le cholestérol libre peut : - bloquer sa synthèse - servir à des synthèses ( ex: d hormones ) - peut être mis en réserve sous forme d esters, sous l action de la ACAT ( =acyl CoA cholestérol acyl transférase ) = transfert d un acyl d un acylcoa vers la fonction alcool du cholestérol - ACAT est active dans les tissus périphériques mais peu active dans le foie si concentration augmente encore: l entrée du cholestérol venant du foie est limitée par internalisation des récepteurs aux LDL + captation du cholestérol par les HDL ( voir lipoprotéines ) Remarque: Des particules de LDL modifiées par peroxydation peuvent entrer dans des cellules sans l intervention des récepteurs >>>> processus nonrégulé : cas dans les macrophages >>> accumulation de cholestérol et d esters >>> ces macrophages peuvent s infiltrer dans les parois des vaisseaux même lors de lésions mineures >>> présence de grndes quantités de cholestérol dans les plaques d athéromes SORT DU CHOLESTEROL HEPATIQUE : 3 directions 1 ) 25 % sont éliminés vers la bile et les matières fécales 2 ) 25 % entrent dans la fabrication des VLDL et sont libérés dans la circulation 3 ) 50 % sont transformés en acides biliaires Cholestérol exogène se mélange au cholestérol amené par la bile : une partie est éliminée, l autre est absorbée et entre dans le composition des chylomicrons.une fraction du cholestérol absorbé par les entérocytes est réexcrétée dans la lumière intestinale et éliminé. Les stérols d origine végétale sembleraient complètement réexcrétés, entrainant avec eux le cholestérol >>> d où leur effet bénéfique 25

26 8.METABOLISME DES ACIDES BILIAIRES Rôles: voie de catabolisme du cholestérol + émusifiant nécessaire à la digestion SYNTHESE : Localisation : foie puis stockage dans la vésicule biliaire 1ère réaction : complexe - point de départ : cholestérol - transformé en 7- hydroxycholestérol par la 7- -hydroxylase enzyme régulateur réaction irréversible nécessite la vitamine C 2ème réaction : 2 voies parallèles - plusieurs étapes >>> formation de 2 formes activées, précurseurs des acides biliaires : le cholylcoa et le chénodésoxycholylcoa 3è réaction: conjuguaison avec la taurine ou la glycine >>>> acides biliaires primaires Libération dans la bile : ph alcalin et présence d ions alcalins >>>> formation de sels biliaires Devenir des sels biliaires : +/- 5% éliminés dans les matières fécales après avoir perdu la taurine et la glycine lors de leur passage dans l intestin >>> acides biliaires secondaires Le reste fait l objet d un cycle entéro-hépatique Action inhibitrice sur la synthèse du cholestérol REGULATION : Inhibition de la première étape par les acides biliaires : rétroinhibition Synthèse se limite à compenser les pertes Activation par les hormones thyroïdiennes Application: mode d action des résines hypocholestérolémiantes : elles piègent les acides biliaires dans l intestin et bloquent leur retour au foie 1) >>>> la concentration en acides biliaires diminue dans le foie >>> en compensation du cholestérol va être transformé en acides biliaires qui seront éliminés etc 2 ) >>>> la chute de la concentration en cholestérol dans le foie entraîne une activation des récepteurs aux LDL et une captation du cholestérol circulant >>>> diminution 9. METABOLISME DES EICOSANOIDES 3 classes : Prostanoïdes ( prostaglandines prostacyclines - thromboxanes ) Leucotriènes - Lipoxines Point commun : dérivent d acides gras à très longue chaîne polyinsaturés tel que l acide aracidonique - chacun est à l origine d une série d eicosanoïdes Action : - fonctionnent +/- comme des hormones - différence : action sur des cellules voisines ou cellule productrice >>> action de type paracrine - action rapide et durée de vie courte - synthétisés par beaucoup de cellules - un type de composé par cellule 26

27 SYNTHESE: Point de départ : acide gras libéré d un phospholipide membranaire par une phospholipase sous l action de différents stimuli hormonaux. synthèse est fonction de la demande 2 voies enzymatiques : voie de la cyclo-oxygénase et celle de la lipoxygénase exemple de la voie de la cyclooxygénase et de dérivés de l acide arachidonique : formation d une prostaglandine la PGH 2= ( précurseur) d où peuvent être formés d autres prostaglandines ou prostacyclines ( reins) des thromboxanes ( plaquettes et les macrophages ) >>>> spécialisation des cellules particularité de la cyclooxygénase: enzyme suicide ( détruit au fur et à mesure qu il est utilisé ) et inhibé par l aspirine. Exemples d action : PGE 2 a un effet relâchant sur les muscles bronchiques et contracturant sur le muscle utérin PG 2 a un effet contracturant sur les deux Action de composés de séries différentes : l acide arachidonique est à l origine d une série de composés tels que TXA 2 ( thromboxanes synthétiés dans les plaquettes ) et PGI 2 ( prostacyclines synthétisées dans l endothélium vasculaire ). TXA 2 accélère l aggrégation des plaquettes et produit de la vasoconstriction. PGI 2 inhibe l aggrégation plaquettaire et relâche la musculature lisse des vaisseaux sanguins >>>> PGI 2 limite l extension du clou plaquettaire et la constriction déclenchée par TXA 2. Les esquimaux, grands consommateurs d acides gras polyinsaturés 3 synthétisent d autres séries de composés tels que TXA 3 et PGI 3 d action semblable mais TXA 3 est un aggrégant moins puissant que TXA 2 et PGI 3 est un antiaggrégant moins puissant que PGI 2 >>> l équilibre est déplacé vers la non aggrégation >>> risque cadio-vasculaire moindre mais risque d hémorragie plus élevé. 27

28 Chapitre 3 : METABOLISME DES PROTEINES 1. DIGESTION DES PROTEINES EXOGENES Digestion par des hydrolases spécifiques : protéases - protéinases - peptidases Action à l intérieur des chaînes d acides aminés : endo-enzymes ou à partir d une extrémité ( soit N ou C terminale ) : exo-enzymes Action au hasard ou entre 2 acides aminés préférentiels ESTOMAC : ph très bas >>> dénaturation des protéines >>> meilleur accessibilité des enzymes digestion limitée des protéines par la pepsine pepsine :synthétisée sous forme inactive ( pepsinogène ) activée en pepsine active( par hydrolyse partielle ) au contact du milieu acide processus autocatalyrique - endopeptidase - ph optimum 1,5 à 2 - agit +/- au hasard Situation particulière chez le nouveau-né : ph de l estomac est plus élevé que chez l adulte : pepsine ( peu active) remplacée par la gastrisine ( ph optimum : 4 ) + chymosine ayant pour cible la caséine du lait. DUODENUM : rencontre avec le suc pancréatique >>> ph est + alcalin ( = 7,5-8 ) >>>> pepsine inactivée + arrivée d enzymes Endopeptidases : trypsine chymotrypsine - élastase produites sous forme de zymogènes inactifs 1) Trypsine: Activation : Trypsinogène est soumis à une hydrolyse ( sous l action d une enzyme intestinale active en présence de Ca ++ >>> libération de trypsine active qui va à son tour activer le reste du trypsinogène Action : au hasard mais avec préférence pour les liaisons peptidiques impliquant des acides aminés basiques 2) Chymotrypsine : Activation : chymotrypsinogène activé par la trypsine Action : au hasard mais avec préférence pour les liaisons peptidiques impliquant des acides aminés aromatiques 3) Elastase : Activation de la proélastase par la trypsine Action: spectre d activité plus large Carboxypeptidases : deux enzymes ( A et B) secrétées sous forme de zymogènes et activées par la trypsine Action : sur les polypeptides résultant del action des enzymes précédents : exopeptidases hydrolysant liaisons peptidiques voisines de l extrémité COOH - présentent une certaine spécificité >>>> libération d acides aminés INTESTIN GRELE : présence d aminopeptidases : exopeptidases agissant sur les extrémités N-terminales avecune certaine spécificité + di-et tripeptidases ( présentes dans les cellules de l épithelium) qui vont hydrolyser les di et tripeptides résultant des hydrolyses antérieurs >>>> résultats: acides aminés libres + dipeptides Absorption: suivant un processus actif, nécessitant de l ATP et des ions Na + - existent aussi des transportteurs indépendants du Na + 28

29 Plusieurs systèmes de transport : soit spécifiques d un acide aminé ou d un groupe d acides aminés ( ex: acides aminés neutres ) Quelques remarques :.. 1) Certaines protéines ne sont pas digestibles ex : kératine à cause de la présence de nombreux ponts disulfures 2) Les peptides d une certaine taille et les protéines ne sont pas absorbés. Exceptions: ex Chez le nouveau né: les protéines du colostrum sont absorbées Certains individus, adultes, présentent une réaction immunologique suite à l ingestiond de certaines protéines 3) Maladie coeliaque : déficit de certaines peptidases de la muqueuse intestinale >>>> des protéines du gluten ne sont pas totalement hydrolysées et provoquent des dommages à la muqueuse Elimination : une petite partie des acides aminés échappe à l absorption > subit l action des bactéries intestinales.>>> réactions de décarboxylation ou désamination >>> formation de composés toxiques : histidine > histamine - lysine > cadavérine tyrosine > tyramine ou odorants : à partir de tryptophane ou des acides aminés soufrés Formation possible d ammoniac qui après absorption rejoint le foie par la veine porte 29

30 2. RENOUVELLEMENT DES PROTEINES ENDOGENES Protéines endogènes( intracellulaires membranaires - circulantes )sont renouvelées Fréquence de renouvellement varie d une protéine à l autre : caractérisée par la demi-vie : temps au terme duquel la moitié des molécules d un type de protéine est renouvelée se fait selon un équilibre dynamique Valeur d une demi-vie très variable selon la localisation : de quelques minutes à des années exemples: enzymes hépatiques ou intestinaux: < 1h collagène : 1000h hémoglobine: durée de vie du globule rouge - protéines du cristallin: ne se renouvellent jamais 1 à 2 % des protéines de l organisme sont renouvelées tous les jours - processus se déroule constamment et ne dépend pas de l état nutritionnel 2 systèmes enzymatiques se chargent de l hydrolyse 1) Cathepsines : 3 types - actions semblables aux enzymes digestives ( trypsine chymotrypsine et élastase ) - présentes dans les lysozomes de la plupart des tissus surtout le foie - dégradent principalement les protéines à longuevie - protéines membranaires intracellulaires mais aussi les protéines estracellulaires qui doivent être d abord phagocytées par le foie 2) Ubiquitine : Système dégradant les protéines anormales et protéines à durée de vie courte présent dans le cytoplasme de toutes les cellules très actif dans les muscles - une protéine en fin de vie change de conformation >> est repérée par l ubiquitine qui se fixe sur la protéine et réquisitionne un ensemble de protéines ( = mégapaïne ) qui hydrolyse la protéine 3. CATABOLISME DES ACIDES AMINES Existence d un pool d acides aminés : alimenté par les acides aminés provenant de l hydrolyse des protéines exogènes et endogènes + acides aminés synthétisés fournisseur d acides aminés pour la synthèse de différents composés ( hormones purines glucose -) catabolisme Particularité des acides aminés: ne sont pas mis en réserve ( différence avec les glucides et AG ) Equilibre azoté: obtenu quand il a égalité entre les apports et les pertes d N >>> si on consomme un excès de protéines par rapport aux besoins, l excédent est dégradé Toute augmentation de l apport azoté est suivi d un accroissement équivalent de l azote urinaire Bilan positif: quand l apport d N dépasse la perte : pendant la grossesse, la croissance, la convalescence Bilan négatif: quand la perte dépasse l apport : dénutrition, jeûne, brûlures graves, mauvaise valeur biologique des protéines ingérées Localisation du catabolisme : principalement foie- muscles intestin reins 30

31 CATABOLISME DE LA FONCTION AMINE Acides aminés ayant un rôle majeur: alanine acide glutamique glutamine >> se trouvent en grande concentration dans la circulation Enzymes ayant un rôle majeur : Transaminases ( ou aminotransférases ) >> se trouvent dans le cytoplasme ou les mitochondries de la plupart des cellules. Caractéristiques : réversibilité de la réaction coenzyme : pyridoxal phsphate ( dérivé de la B6 ) spécifiques de 2 couples acide cétonique + acide aminé Réaction: transfert du groupe amine d un acide aminé vers un autre acide aminé 1 + acide cétonique 2 ---> acide cétonique 1 + acide aminé 2 Les plus actives : TGP ( transaminase glutamate pyruvate ) - couples: alanine/pyruvate et glutamate/ -cétoglutarate TGO ( transaminase glutamate oxaloacétate ) - couples :aspartate /oxaloacétate et glutamate / a-cétoglutarate Presque tous les acides aminés subissent une transamination au cours de leur catabolisme. Enlèvement de la fonction amine peut se produire de 2 façons: 1 ) par double transamination : 1ère transamination : acide aminé + -cétoglutarate --- > acide cétonique + glutamate = transfert de la fonction amine dans le glutamate 2ème transamination : dans les muscles : glutamate + pyruvate --- > alanine + -cétoglutarate ( TGP) >>>> alanine rejoint le foie remarque: les protéines musculaires sont riches en acides aminés ramifiés dont le catabolisme est particulier ( voir plus loin ) - dans le foie : glutamate + oxaloacétate --- > aspartate + - cétoglutarate ( TGO ) >>>> aspartate rejoint le cycle de l urée 2) par transdésamination : Transamination : idem 1ère transamination ci-dessus Désamination oxydative : catalysée par la Glutamate Déshydrogénase Réaction: réversible activée par ADP inhibée par ATP glutamate + H 2 O + NAD ( NADP ) ----> -cétoglutarate + NADH( NADPH) NH 4 Sort du NH 4 : si dans le foie >>>> accès direct au cycle de l urée si dans les muscles >>>> camouflage sous forme de glutamine formée par réaction de l ammoniaque avec le glutamate sous l action de la Glutamine synthétase >>>> glutamine rejoint l intestin et les reins >>>> action de + la glutaminase >>> libération de l NH 4 >>> intestin : NH + 4 rejoint le foie par la veine porte >>> reins : élimination contribution à l équilibre acide-base 31

32 CYCLE DE L UREE ( ou de l ornithine) Toxicité de l ammoniac ne permet pas son élimination directe >>>> transformation en urée Avantages de l urée: non toxique - petite molécule - soluble - contenant 50% d N Localisation tissulaire: foie Localisation cellulaire : les 2 1ères réactions dans les mitochondries les 3 dernières dans le cytoplasme Description : réaction 1 : NH réagit avec HCO 3 >>> carbamoyl phosphate - enzyme: Carbamoyl Phosphate Synthase - nécessite de l ATP - enzyme allostérique - régulateur activé par l acétylglutamate Rappel : le glutamate joue un rôle central dans l élimination de la fonction amine >>> plus le catabolisme est actif >>> plus de glutamate >>> plus d acétylglutamate réaction 2 : carbamoylphosphate tranfert sa fonction amide vers l ornithine >>> citrulline - dispose d un transporteur >>> passe dans le cytoplasme réaction 3: condensation de la citrulline avec l acide aspartique >>>> arginossuccinate - consommation d acide aspartique et d ATP réaction 4 : scission de l arginosuccinate en arginine et fumarate réaction 5 : hydrolyse de l arginine en ornithine et urée par l arginase ( enzyme présent uniquement dans le foie ) >>>> régénération de l ornithine qui dispose d un transporteur pour rejoindre les mitochondries et recommencer un cycle Bilan: La formation de l urée consomme 3 ATP - un des atomes d N est fourni parnh 4 +, le 2ème par l acide aspartique - ornithine est l entraîneur du cycle fumarate fait la connexion avec le cycle de Krebs Quantité d urée synthétisée par jour correspond ( si équilibre ) à la quantité d azote ingéré soit 34g ( 0,54 moles ) - Activité des enzymes du cycle permet d en former 2,4 mole >>> 1/5 du foie est suffisante Circonstances où il y a une activtion du cycle : consommation excessive de protéines - catabolisme accru des protéines endogènes ( jeûne ) action des hormones : glucagon- hormones thyroïdiennes cortisol Pathologies : associées à des défauts d enzymes - gravité dépend de la position de l enzyme dans le cycle exemple 1 : défaut de l arginossucinase ( réaction 4) >>> accumulation d arginosuccinate qui remplace l urée et peut être éliminé situation pas grave car les 2 fonctions amines sont déjà présentes - obligation de supplémenter en arginine exemple 2 : si défaut des 1ers enzymes du cycle >>> situation plus grave >>> diminution de l apport protéique - formation accrue de glutamine ( = consommation de l ammoniac formé) 32

33 CATABOLISME DU SQUELETTE CARBONE Variable selon l acide aminé parfois imbriqué dans le catabolisme de la fonction amine actif surtout dans foie - muscle rein 2 classes en fonction du produit final glucogènes dont le squelette carboné peut servir à la synthèse de glucose : produit final = intemédiaire de la glycolyse ou du cycle de Krebs cétogènes dont le squelette carboné peut servir à la synthèse de corps cétoniques produit final = acétylcoa quelques uns sont à la fois glucogènes et cétogènes Acides aminés à catabolisme court- rôle majeur des transaminases glutamate : rôle central dans la récupération des fonctions amines des autres acides aminés!!- perte de sa fonction amine par désamination >>> cétoglutarate : intermédiaire du cycle de Krebs >>> glycogène alanine ( acide aminé le plus abondant - rôle central substrat de la néoglucogénèse ) : transamination par la TGP >>>> formation de pyruvate : produit final de la glycolyse >>>> glucogène glutamine : perte de la fonction NH 2 ( de la chaîne latérale) >>> glutamate >>> - cétoglutarate >>>> glucogène asparagine : perte de fonction amine ( chaîne latérale ) >>> aspartate : transamination >>> oxaloacétate ( intermédiaire du cycle de Krebs ) + glutamate >>>> glucogène Acides aminés ramifiés: valine- leucine -isoleucine Très présents dans les protéines musculaires catabolisme débute dans les muscles ( + cerveau) (réactions1 et 2 ) et se poursuit dans le foie - schéma identique pour les trois Réaction1 : transamination >>> formation d un acide cétonique + glutamate Réaction 2 : décarboxylation oxydative de l acide cétonique - en présence de NAD et de CoA >>>> thioester, dérivé activé Réactions suivantes : dans le foie >>>> point final : leucine >>>> acétylcoa >>>cétogène : valine >>>> succinyl CoA ( intermédiaire du cycle de Krebs ) >>>> glucogène : isoleucine >>>> succinyl CoA + acétylcoa >>>> glucogène et cétogène Acides aminés aromatiques : tryptophane phénylalanine ( + tyrosine) Tryptophane : réaction1 : ouverture du noyau pyrrole par la Tryptophane Pyrrolase - en présence de O 2 - réaction irréversible - enzyme induit par le tryptophane et les hormones corticoïdes réactions 2-3 et- 4 : >>> hydroxykynurénine réaction suivante: hydrolyse catalysée par Kynuréninase >>>> alanine + hydroxyanthranilate fin du catabolisme : hydroxyanthranilate >>>> acétylcoa >>>> glucogène ( via alanine ) et cétogène Remarque : Kynuréninase utilise du pyridoxal phosphate ( B 6 ) comme cofacteur. En son absence, l hydroxykinurénine est transformée en un dérivé qu on peut mettre en évidence dans les urines = test de carence en B 6 Phénylalanine et Tyrosine : réaction1: hydroxylation par la Phénylalanine Hydroxylase - réaction irréversible - 33

34 enzyme inductible - besoin en B 9 >>>> tyrosine réaction2 : transamination >>>> acide cétonique + glutamate réaction3: oxydation de l acide cétonique en homogentisate en présence de vitamine C réaction 4: oxydation par Homogentisate oxydase fin du catabolisme : >>>> AcétylCoA + fumarate >>>> cétogène et glucogène 4. ERREURS DE CATABOLISME : exemples Certains des catabolismes vus ci-dessus peuvent être défectueux à la suite du défaut, d origine génétique, de certains enzymes >>> nécessité d une détection précoce sinon issue fatale ou retards mentaux sévères en l absence de traitement cas des acides aminés à chaîne ramifiée : maladie des urines à odeur de sirop d érable : enzyme défectueux est celui qui catalyse la réaction2 : décarboxylation oxydative >>> augmentation de la concentration en acide aminé correspondant dans la circulation sanguine et les urines + acides cétoniques formés nécessaire cas du tryptophane : maladie de Hartnup : enzyme défectueux est le 1er,la tryptophane pyrrolase >>> le tryptophane emprunte une autre voie via une transamination >>> formation d acide indole acétique détectable dans les urines cas de la tyrosine : Alcaptonurie : enzyme défectueux : Homogentisate oxydase >>> homogentisate( = polyphénol) accumulé se retrouve dans les urines où il s oxyde au contact de l air des produits d oxydation peuvent aussi se former dans les tissus conjonctif par voie enzymatique cas de la phénylalanine : Phénylcétonurie : concerne une naissance / enzyme défectueux : phénylalanine hydroxylase >>>> la phénylalanine emprunte une autre voie qui va conduire à la formation d un acide cétonique : acide phényl pyruvique qu on peut mettre en évidence dans les urines + augmentation de la concentration en phénylalanine dans la circulation - Test fait systématiquement à la naissance. 5. TRANSFORMATION DE CERTAINS ACIDES AMINES EN COMPOSES SPECIALISES : exemples Histidine >>>> histamine par décarboxylation - dans la plupart des cellules rôle: stimulation gastrique processus allergique Tryptophane >>> sérotonine intestin ( vasoconstricteur ) et hypothalamus ( neurotransmetteur- survenue du sommeil ) >>>> mélatonine tryptophane permet une synthèse endogène de vitamine B 3 Tyrosine : >>>> hormones thyroïdiennes ( Thyroglobuline ) + catécholamines ( hormones surrénaliennes ou neurotransmetteurs Glycine : >>>> Hème purines produits de conjugaisons (ex: acides biliaires ) Cystéine :>>>> glutathion ( protection contre les dégats oxydatifs ) - taurine ( réaction de conjugaison ) Aspartate >>>> -alanine ( composant du CoA ) Arginine: >>>> NO (= oxyde d azote ) ( messager cellulaire > protection cardiovasculaire ) 34

35 6. SYNTHESE D ACIDES AMINES NON ESSENTIELS Possible : soit à partir d un intermédiaire de la glycolyse ou du cycle de Krebs - soit à partir d un acide aminé essentiel Importance des enzymes rencontrés dans le catabolisme: transaminases glutamate déshydrogénase glutamine synthase Exemples : 1) à partir du phosphoglycérate ( =intermédiaire de la glycolyse ) formation de sérine >>> glycine 2 ) formation de la cystéine : méthionine ( acide aminé essentiel ) apporte le S et forme l homocystéine qui réagit ensuite avec la sérine 3) formation de l alanine: par transamination à partir du pyruvate 4) formation du glutamate à partir d -cétoglutarate via la glutamate déshydrogénase de glutamine à partir du glutamate via la glutamine synthase 5) à partir du glutamate: formation de proline ou d ornithine qui via le cycle de l urée donnera l arginine 6) Tyrosine : formation possible à partir de la phénylalanine >>>> théoriquement non essentiel 35

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