Les différents types de réactions chimiques: réaction de synthèse, de dégradation et d échange, Notion de métabolisme, de catabolisme, d anabolisme.

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1 IFSI UE2.1 Marie-Christine BEAUVIEUX MCUPH Nutrition Laboratoire Biochimie Hôpital Haut-Lévêque Pessac CNRS-Université Bordeaux2

2 Les différents types de réactions chimiques: réaction de synthèse, de dégradation et d échange, Notion de métabolisme, de catabolisme, d anabolisme. Cycle de Krebs, ATP.

3 1 partie Les définitions Les acteurs en présence

4 GLUCIDES, LIPIDES, PROTIDES, VITAMINES Ce sont des MOLECULES Ensemble d atomes unis les uns aux autres par des liaisons chimiques Un ATOME est l élément de base de la matière: c est la plus petite partie d un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. (du grec «atomos»=que l on ne peut diviser) Un ATOME est formé: -D un noyau (charge positive) -Entouré d électrons (charge négative) Exemple une MOLECULE d EAU H 2 0 contient 3 ATOMES OH - + 2H + Hydroxyle+proton

5 On trouve tous les atomes dans le TABLEAU PERIODIQUE de MENDELEIEV Selon leur positionnement, ils ont des propriétés spécifiques qui permet de prévoir leur comportement/ très réactif ou pas.

6 REACTION CHIMIQUE Transformation de la matière au cours de laquelle les molécules qui constituent la matière (atomes, molécules) sont modifiées. SUBSTRATS PRODUITS Un principe (LAVOISIER)= CONSERVATION DE LA MASSE Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme.

7 La réaction peut dégager de l ENERGIE (chaleur) Elle est exothermique Plus facile que La réaction qui nécessite de l ENERGIE Elle est endothermique Pour que la réaction se fasse: Respect de conditions «de réussite»/ Tous les réactifs en présence, température, pression. Il peut y avoir besoin d un «coup de pouce» Ce sont les CATALYSEURS qui favorisent des réactions Comme on ajoute la levure pour faire monter la pâte

8 En biochimie Partie de la chimie qui traite de la composition des êtres vivants et des réactions chimiques intervenant dans l organisme vivant Réactions chimiques catalysées par des ENZYMES = Voies METABOLIQUES dans les cellules Des voies de fabrication =SYNTHESE ou ANABOLISME Des voies de dégradation =CATABOLISME

9 On parle de réactions chimiques cellulaires Le lieu= LA CELLULE (latin cellula = petite chambre) Cellule=unité structurale et fonctionnelle la plus petite constituant tout ou partie d un être vivant. Les cellules sont organisées en TISSUS Les tissus sont organisés en ORGANES Les organes forment l ORGANISME La cellule est un état très organisé de la matière sachant que par nature tout tend vers le désordre (notion d ENTROPIE)

10 Unité spatiale délimitée par un mur= la MEMBRANE PLASMIQUE avec des lipides Les cellules étant en milieux aqueux s il n y avait que LIPIDES=hermétique aux composés solubles dans l eau Or il y a nécessité d ECHANGES Besoin de structures spécialisées: des protéines, des glucides L échange ne se fait pas au hasard= REGULATION Pour répondre aux variations de l organisme, de l environnement glycolipide Hélice alpha protéine Chaîne oligosaccharidique phospholipide Protéine globulaire cholestérol Protéines et glucides régulent le transport à travers la membrane

11 Les cellules des EUCARYOTES (champignons, plantes, animaux) Organisation complexe Présence d un NOYAU avec une membrane Le reste c est le CYTOPLASME Présence d ORGANITES= compartiments cellulaires avec une membrane, baignant dans le cytosol Par exemple: MITOCHONDRIE Organisation d'une cellule animale eucaryote typique. 1. Nucléole 2. Noyau 3. Ribosome 4. Vésicule 5. Réticulum endoplasmique rugueux (granuleux) 6. Appareil de Golgi 7. Microtubule 8. Réticulum endoplasmique lisse 9. Mitochondrie 10. Lysosome 11. Cytoplasme (rempli par le cytosol) 12. Peroxysome 13. Centrosome COMPARTIMENTATION FONDAMENTALE Des tâches spécialisées dans des endroits spécialisés «à chacun son métier»

12 Métabolisme indissociable de: Compartimentation cellulaire Spécialisation de cellules et d organes Exemples Cellules musculaires: travail mécanique Contraction musculaire Cellules nerveuses: travail électrique Conduction influx nerveux

13 Le METABOLISME Toutes les réactions chimiques par lesquelles les cellules d un organisme produisent et/ou utilisent l énergie Toutes les formes de vie Paramécie Milliers de réactions métaboliques Mammifères REGULATION précise COORDINATION entre réactions C est un RESEAU ++ intégré C est un SYSTEME, pas une juxtaposition de composants

14 L environnement des organismes et des cellules change en permanence Conditions imposées par: -L environnement -Par l activité physiologique du sujet Nécessité de REGULER finement les réactions du métabolisme Pour maintenir le plus possible des conditions de vie constantes En réponse à des signaux internes ou externes

15 Plusieurs niveaux de régulation Niveau moléculaire Régulation De réactions chimiques clés Niveau cellulaire Régulation des Activités des enzymes Niveau tissulaire Régulation par les hormones Pour réponse physiologique adaptée NB: Des exemples mais pas exclusifs Niveau organisme entier Régulation de la circulation des produits du métabolisme entre les organes

16 Métabolisme=contrôle de l utilisation de l énergie dans un système vivant Le métabolisme= 2 fonctions essentielles La production d ENERGIE par la dégradation des nutriments d origine alimentaire (oxydation) et des réserves cellulaires CATABOLISME Chaleur Energie chimique Une partie mise en réserve ATP La synthèse de petites molécules et de macromolécules à partir de ANABOLISME nutriments ou d intermédiaires métaboliques de structure simple. Nécessite un apport d ENERGIE Énergie chimique pour aller du composé A vers composé B ATP

17 LE CATABOLISME=essentiellement OXYDATIF Je mange un bout de sucre Je vais utiliser le glucose Je consomme de l oxygène J obtiens de l eau et du gaz carbonique et de la chaleur= produits de combustion Je mets en réserve de l énergie chimique sous forme d ATP (mon entrepôt d énergie) chaleur Glucose+O 2 CO 2 + H 2 O ATP

18 2 partie Métabolisme: nutriments et énergie

19 LE METABOLISME INTERMEDIAIRE Carrefour métabolique

20 Quand est-il sollicité? «historiquement» GLUCIDES Oxydation Stockage LIPIDES Stockage Synthèse PROTIDES Synthèse SECRETION INSULINE Mise en réserve énergétique INSULINE=SURTOUT HORMONE DE STOCKAGE temps

21 Ce qui explique émergence surpoids dans pays d abondance alimentaire Petit déjeuner En-cas/grignotage Déjeuner sur le pouce déséquilibré Goûter Diner Si pas de dépense énergétique pour compenser Participe au gain de poids Cf cours Nutriments

22 GLUCIDES Glucose cellule G6P GLYCOGENE PROTIDES Acide Aminé Synthèse protéique ATP H + pyruvate Muscles et foie Réserves de glycogène AcétylCoA Lipides LIPIDES Acide gras βoxydation H + Krebs H + Phosphorylation oxydative H + +O 2 ATP+H 2 O mitochondrie Tissu adipeux Réserve de graisses

23 Cycle de Krebs Cycle de l acide citrique

24 Pour simplifier en terme d ATP cellule Glucides Glycolyse Cytosol ATP=20-30% ATP total Lipides acétylcoa Cycle de Krebs Sur la membrane mitochondrie ATP=70% ATP total LE CYCLE DE KREBS NE FABRIQUE PAS LUI-MEME d ATP

25 Production mitochondriale d ATP «Principe d une Turbine» Flux de protons Synthèse d ATP Voies métaboliques d oxydation= Production de protons H + Toxiques pour la cellule Avec respiration on en fait une part d H 2 O Le flux d eau ou d air fait tourner des turbines On obtient de l énergie électrique Energie chimique On se sert flux proton résiduel pour faire ATP C EST DU RECYCLAGE!

26 La synthèse et le stockage d ATP sont indispensables: extérieur + - intérieur Régulation homéostasie hydrominérale pompe à sodium (>50% de l ATP y est consommé) Na + Na + ATP voir cours K + K + ADP+Pi Intermédiaire énergétique dans de nombreuses réactions anaboliques Synthèse et stockage de glycogène Synthèse et stockage des lipides Intermédiaire énergétique dans les réactions de détoxication Fabrication d UREE pour élimination des déchets des protéines

27 Pourquoi des interrelations entre les voies métaboliques? 1 priorité de l organisme: HOMEOSTASIE GLUCIDIQUE VITALE Forme du GR POMPE à sodium Pas de mitochondrie= pas d ATP fabriqué par la mito Glycolyse SEULE peut fournir ATP Pour que glycolyse, il faut du GLUCOSE Glucose passe barrière qui protège cerveau Carburant préféré du cerveau

28 2 PRIORITE MAINTIEN MASSE MUSCULAIRE (donc des PROTEINES) CHASSE PECHE CUEILLETTE Dénutrition MASSE MUSCULAIRE Troubles de la marche Lit>>>>>escarres+infections Mort

29 Chronologie du jeûne 1 étape: trouver du glucose facilement La glycogénolyse, voie de catabolisme Donc DEBOBINER cette grosse molécule composée de nombreux glucose Les réserves sont dans le FOIE Glucose exporté, il peut sortir du foie >>tous autres tissus Les réserves sont dans le MUSCLE Glucose ne peut pas sortir du muscle C est le muscle qui l utilise Faibles réserves: g environ Glycogène vidé en 48h maximum

30 2 étape: où trouver encore du glucose? Voie métabolique de transformation A partir des acides aminés, fabrication de glucose C est une voie de synthèse: néoglucogénèse FORTEMENT CONSOMMATRICE d ATP FOIE++ REIN Protéines du muscle: protéolyse (voie catabolique) Pour libérer les acides aminés (=débobinage)! Il faut maintenir la masse musculaire Donc STOP par prudence de 1 à 3 jrs

31 3 étape: qu est ce qu il nous reste de mobilisable? Les stocks de graisse Voie catabolique pour les utiliser: lipolyse On libère des Acides gras OXYDES pour donner ENERGIE Foie Muscle Tube digestif Rein TRANSFORMES Phase cétonique Cerveau GR TD Myocarde Dont pompe à sodium ATTENTION: ils ne donneront pas de GLUCOSE Voie métabolique INEXISTANTE Durée variable selon stocks.

32 4 et dernière étape: On refait de la fabrication de glucose: néoglucogénèse Par catabolisme, destruction, des protéines (protéolyse) Fonte musculaire Immobilisation Epuisement organes majeurs Tout y passe fonte des organes Si épuisement 54% masse protéique totale>>> TOTAL jours (si eau)

33 La régulation, c est la vie