Module Métabolisme glucido-lipidique

Cours de Biochimie PACES année 2013-2014, UE1 premier quadrimestre Faculté de Médecine Pierre et Marie Curie Pr J Capeau Module Métabolisme glucido-lipidique METABLISME GLUCIDIQUE I - Vue d ensemble 1. Substrats et réserves énergétiques 2. Hormones régulant le métabolisme 3. Définitions des situations nutritionnelles II - Le transport transmembranaire du glucose III - Métabolisme du glycogène 1. Synthèse du glycogène 2. Dégradation du glycogène 3. Utilisation 4. Régulation 1 IV - Néoglucogénèse 1. Vue générale 2. Les étapes spécifiques 3. Les substrats 4. Régulation 2 I - Vue d ensemble 1. Substrats et réserves énergétiques - GLUCSE - ACIDES GRAS - Tous les tissus (cerveau : 50% de l utilisation journalière). 200-300 g/jour - Muscles, Foie (le cerveau n oxyde pas d acides gras). Exemple d utilisation différentielle des glucides et des acides gras : Les Muscles : d un point de vue énergétique, il existe différents types de fibres musculaires. Glucose Glycolyse xydation Mitochondriale 2 Fibres glycolytiques (blanches) Fibres oxydatives (rouges) - Vitesse de contraction Rapide Lente Acides gras - Capacité glycolytique Elevée Faible -Capacité oxydative (mitochondries) Faible Elevée Glycolyse Glucose xydation Mitochondriale Acides gras - Réseau capillaire Pauvre Dense - Myoglobine Faible Elevée 2 3 - Réserve de glycogène Elevée Modérée - Type d exercice Intense, rapide Longue durée (saut, sprint) Exemple de muscle «Blanc» de poulet «Magret» de canard 4

Réserves énergétiques de l organisme Réserves énergétiques glucidiques = 60% de l apport énergétique journalier - Glycogène hépatique 75 g - Glycogène musculaire300 g - Glucose plasmatique et intercellulaire 20 g 10-12 12 heures d autonomie glucidique Triglycérides du tissu adipeux : 13 000 g - Réserves lipidiques = 45 fois l apport énergétique journalier - Les lipides ne peuvent être convertis en glucose. Protéines musculaires : 6 000 g STRATEGIES : PRBLEME CENTRAL : MAINTENIR UN APPRT DE GLUCSE CNSTANT AUX TISSUS DEPENDANT DE CE SUBSTRAT ET DNT L'ACTIVITÉ EST CNTINUE (CERVEAU) En période d apport élevé : - Stocker (glycogène hépatique, lipides tissu adipeux) En période de carence : - Mobiliser (glycogénolyse hépatique) - Produire de novo (néoglucogenèse hépatique) - Epargner le glucose en mobilisant des substrats de remplacement (lipolyse du tissu adipeux libérant des acides gras). 5 6 2. Hormones régulant le métabolisme INSULINE Hormone anabolique : mise en réserve des nutriments après un repas secrétée par les cellules beta du pancréas endocrine en réponse à l hyperglycémie entrée du glucose dans les cellules (muscles et tissu adipeux) synthèse du glycogène (foie et muscles) glycolyse et synthèse des acides gras (foie) capture des acides gras et synthèse des triglycérides (tissu adipeux) capture des acides aminés et synthèse protéique (foie et muscle) GLUCN Hormone catabolique à action essentiellement hépatique : mobilise les substrats énergétiques et maintient la glycémie en dehors des repas. sécrété par les cellules alpha du pancréas endocrine en réponse à une baisse de la glycémie favorise la glycogénolyse et la néoglucogénèse et inhibe la glycolyse hépatiques : augmente la production hépatique de glucose inhibe la lipogenèse 7 8

2. Définitions des situations nutritionnelles CATECHLAMINES (Adrénaline et Noradrénaline) Mobilisent les substrats énergétiques dans les situations de baisse de la glycémie, de stress et d exercice musculaire. sécrétées par la médulo-surrénale (adrénaline) et le système sympathique (noradrénaline) en réponse à une baisse de la glycémie, au stress, à l exercice musculaire stimulent la sécrétion de glucagon et inhibent la sécrétion d insuline activent la glycogénolyse dans le muscle activent la glycogénolyse et la néoglucogénèse hépatiques, inhibent la glycolyse hépatique stimulent la lipolyse du tissu adipeux Etat post-prandial : C est l état dans lequel se trouve l organisme dans les heures qui suivent un repas. Chez l homme on parle d état post-prandial jusqu à environ cinq heures après un repas. La concentration plasmatique d insuline est élevée, celles de glucagon et de catécholamines sont faibles. Etat post-absorptif : C est l état dans lequel se trouve l organisme à distance du repas. n le définit classiquement chez l homme comme l état après une nuit sans alimentation et avant le petit déjeuner. La concentration plasmatique d insuline baisse, celles de glucagon et de catécholamines commencent à augmenter. Jeûne : Le jeûne commence chez l homme 12 à 18 heures après le dernier repas. La concentration plasmatique d insuline est basse, celles de glucagon et de catécholamines sont élevées. 9 10 II - Transport transmembranaire du glucose Transporteurs de glucose «GLUT» Famille de transporteurs présents sur toutes les cellules de l organisme GLUT 1 à 4 : transporteurs de glucose de la membrane plasmique, GLUT 5 : transporteur de fructose, Processus de diffusion facilitée : entrée ou sortie du glucose seul selon le gradient de concentration Les différents types de transporteurs de glucose présents dans les cellules humaines Insuline Co-transporteur sodium-glucose Fonctionne contre le gradient de concentration de glucose 11 Le transporteur GLUT1 est exprimé faiblement sur toutes les cellules 12

III - Métabolisme du glycogène Rappel des liaisons dans la molécule de glycogène 1 - Synthèse du glycogène : glycogénogénèse Structure du Glycogène : Polymère ramifié d alpha D-glucose Liaison alpha-1,6 CH2H 6 CH2 CH2H 4 H 1 4 H 1 4 H 1 H H H Liaison alpha-1,4 Liaison alpha-1,4 13 14 SYNTHESE DE GLYCGENE présence dans le cytosol : surtout muscle et foie mais il y a un peu de glycogène dans beaucoup de tissus la synthèse nécessite de l énergie sous forme d et d UTP Principales étapes : 3. Synthèse de l UDP-glucose - enzyme : UDP-glucose pyrophosphorylase - réaction : Glucose 1-phosphate + UTP PPi + H 2 UDP-glucose + PPi 2 Pi glucose G6P G1P UDP-G glycogène(n+1) ADP UTP 2Pi glycogène(n) UDP Glucose 1-phosphate + UTP + H 2 UDP-glucose + 2 Pi 1. Phosphorylation du glucose G + G6P + ADP glucokinase (une des isoformes d hexokinase), faible affinité pour le glucose : foie pancréas autres isoformes d hexokinase, forte affinité pour le glucose : autres tissus 4. Amorce de la synthèse sur une protéine : la glycogénine fixation covalente d un glucose par autoglucosylation puis polymérisation d une courte chaîne de glucose alpha 1-4. 2. Interconversion réversible G6P G1P (enzyme : phosphoglucomutase) 15 16

H H CH2H H CH2H H 5. Elongation des chaînes de glycogène par la glycogène synthase à partir d UDP-glucose H H 1 UDP-Glucose P P Uridine - - 1 4 H 1 Liaison alpha-1,4 CH2H H Resynthèse de l UTP : + CH2H CH2H 4 H 1 4 H 1 H H H Glycogène (n résidus) 17 - R CH2H 4 1 + - P P Uridine H -R - - H Glycogène (n + 1 résidus) (nucléoside diphosphate kinase) UDP + UTP + ADP UDP 6. Formation des branchements en alpha, 1-6 Environ tous les 4-8 glucoses 7. Bilan à partir du G6P ajouter une molécule de glucose à la molécule de glycogène à partir de G6P consomme une liaison riche en énergie d 8. Bilan à partir du glucose ajouter une molécule de glucose à la molécule de glycogène à partir du glucose libre consomme 2 liaisons riches en énergie d Glycogène synthase : liaison alpha 1-4 Transférase enzyme-branchant : liaison alpha 1-6 18 2. Dégradation intracellulaire du glycogène : glycogénolyse voie différente de la voie de synthèse libère du G1P à partir des extrémités non réductrices par coupure des liaisons alpha-1,4 libère du glucose libre à partir des extrémités non réductrices par coupure des liaisons alpha-1,6. H 1. Coupure des chaînes alpha-1,4 par la glycogène phosphorylase réaction de phosphorolyse Pi : phosphate inorganique venant du milieu intra-cellulaire CH2H H H Glycogène phosphorylase CH2H 1 4 H 1 4 H 1 4 H Pi H CH2H H Glycogène (n résidus) CH2H H 1 -R (Muscle) Glucose (Foie) 19 CH2H CH2H CH2H CH2H H 1 4 H 1 4 H 1 4 H 1 + H H - P 3 - H H H H Glucose-1-phosphate Glycogène (n-1 résidus) 20 -R

2. Coupure des branchements enzyme : enzyme débranchant avec deux activités transférase α-1,6 glucosidase : libère un glucose libre. 3. Utilisation du glycogène hépatique et musculaire 3. Conversion G1P en G6P 4. Libération du glucose libre par la glucose 6 phosphatase enzyme qui n existe que dans le foie (le rein et l intestin) G6P -> G + Pi étape finale de la glycogénolyse et de la néoglucogénèse hépatique 21 22 4 - Régulation Régulation réciproque, étroitement contrôlée de la synthèse et de la dégradation Foie : - Synthèse de glycogène pendant les périodes post-prandiales - Dégradation pendant les périodes post-absorptives Muscle : - Synthèse de glycogène pendant les périodes de repos et après les repas - Dégradation pendant l exercice La régulation s effectue au niveau des trois enzymes clefs : Glycogène synthase, Glycogène phosphorylase, Phosphorylase kinase : enzyme qui active la glycogène phosphorylase : formée de plusieurs sous-unités dont une est la calmoduline qui lie le calcium. 23 Premier niveau de régulation :. Régulation par le niveau des métabolites et régulation allostérique en fonction des besoins en énergie de la cellule. Deuxième niveau de régulation : Régulation covalente par les hormones, phosphorylation/déphosphorylation des enzymes sur Ser/Thr. forme a : active forme b : moins active pour les 3 enzymes : glycogène synthase / glycogène phosphorylase / phosphorylase kinase 24

Contrôle coordonné de la glycogénolyse et de la glycogénogenèse Régulation covalente dans le foie Glucagon, catécholamines Insuline IV - Néoglucogénèse P Glycogène synthase b (inactive) AMPc Adénylate cyclase Glycogène synthase a Phosphodiestérase AMP + + Glycogène P Phosphorylase a Phosphorylase Kinase b (inactive) Phosphorylase b (inactive) PP1 (phosphatase) + PP1 Protéine Kinase A P Phosphorylase Kinase a + Ca++ 1. Vue générale rôle dans l état post-absorptif (à distance des repas) apport de glucose au cerveau, globules rouges, muscles en exercice... localisation hépatique (rénale et intestinale) Comparaison de la glycolyse et de la néoglucogénèse dans le foie - sept des réactions de la glycolyse sont réversibles et sont utilisées dans la néoglucogénèse. - trois des réactions de la glycolyse sont irréversibles et sont contournées par 4 réactions spécifiques de la néoglucogénèse Glucose 1-P PP1 Glucose PP1 25 26 Lactate NAD + NADH, H+ Glucose Glucokinase ADP Glucose-6-P ADP Glycéraldéhyde-3-P + 2 + 2 NAD + - 1-1 GLYCLYSE Fructose-6-P 1,3-Bisphosphoglycérate ADP Phospho-fructo-kinase-1 Fructose-1,6-P 3-phosphoglycérate 2-phosphoglycérate ADP Phosphoénolpyruvate NADH DHAP kinase Mitochondrie NADH, H+ Nombre de liaisons riche en énergie d formées ou consommées 1 G <-> 2 Lactates DHAP Glucose Glucose-6-P Fructose-6-P NEGLUCGENESE Pi Pi Fructose-1,6-P Glucose-6 phosphatase Fructose 1-6 bisphosphatase Glycéraldéhyde-3-P NAD + NAD + NADH, H+ Glycérol-3-P 1,3-Bisphosphoglycérate ADP Glycérol GDP Mitochondrie ADP - 2 3-phosphoglycérate 2-phosphoglycérate Phosphoénolpyruvate GTP PEP carboxykinase AA carboxylase AA - 2-2 27 Lactate Acides aminés (alanine) 2. Les trois étapes spécifiques de la néoglucogénèse : quatre réactions irréversibles 2.1. Carboxylation du pyruvate en oxaloacétate Enzyme : pyruvate carboxylase, localisation dans les mitochondries des cellules hépatiques (pas dans le muscle) Coenzyme : biotine, coenzyme de carboxylation lié de façon covalente à l enzyme La première réaction est la formation de la forme activée de l enzyme portant une carboxybiotine : nécessite une liaison riche en énergie d Biotine-enzyme + + HC 3 - C 2 ~ Biotine-enzyme + ADP + Pi Activateur allostérique : acétyl CoA La deuxième réaction est la synthèse de l oxaloacétate par carboxylation du pyruvate C 2 ~ Biotine-enzyme + pyruvate Biotine-enzyme + oxaloacétate Activation allostérique de la pyruvate carboxylase par l acétyl-coa L oxaloacétate synthétisé peut être utilisé soit dans le cycle de Krebs, soit pour la néoglucogénèse. 28

2.2 Transport de l oxaloacétate dans le cytosol et conversion en phosphoénolpyruvate Décarboxylation et phosphorylation de l oxaloacétate dans le cytosol : transformation en PEP. Enzyme : PEP carboxykinase (PEPCK), nécessite du GTP; utilisation d une liaison riche en énergie Transport, deux possibilités : L une est la réduction réversible en malate par la malate déshydrogénase avec du NAD + /NADH, H + HC 3- + ADP+ Pi - 2.3. Déphosphorylation du F1,6 bisphosphate enzyme : F1,6 bisphosphatase 2.4. Déphosphorylation du glucose 6-phosphate enzyme : glucose 6-phosphatase fournit du glucose libre 29 30 2.5. Bilan énergétique Echange Nucléoside diphosphate kinase + GDP ADP + GTP 2 lactate + 6 --> 1 glucose + 6 ADP + 6 Pi alors que le bilan de la glycolyse (1glucose --> 2 lactates) est de deux liaisons riches en énergie d. 3. Les substrats de la néoglucogénèse lactate et pyruvate : libérés par les cellules sans mitochondries + muscles en exercice alanine : provenant de la transamination du pyruvate glycérol : libéré par l hydrolyse des triglycérides du tissu adipeux (intègre la voie au niveau des trioses-phosphate) certains acides aminés 4. La néoglucogénèse et la glycolyse ont une régulation réciproque et coordonnée Voies hépatiques opposées, fonctionnant de manière alternative selon la situation nutritionnelle Régulation par la disponibilité des substrats régulation allostérique des enzymes régulation covalente des enzymes régulation transcriptionnelle des enzymes 3 étapes clés régulées par 7 enzymes - étape glucose <==> G6P - étape F6P <==> F16 bis P - étape PEP <==> pyruvate 31 32

Glycolyse Glucose Néoglucogénèse Régulation allostérique Glucokinase Glucose 6-phosphatase Glucose 6-phosphate Fructose 6-phosphate Régulation covalente par les hormones -kinase: déphosphorylée et activée en réponse à l insuline, phosphorylée et inhibée en réponse au glucagon et aux catécholamines Régulation covalente de l enzyme de synthèse/dégradation du F2,6 bisphosphate : le F2,6 bisphosphate est synthétisé en réponse à l insuline et dégradé en réponse au glucagon et aux catécholamines Fructose 2,6 bisphosphate + Phosphofructokinase 1 Fructose 1,6- - Fructose 2,6 bisphosphate ADP + bisphosphatase - ADP - + Fructose 1,6-bisphosphate Régulation transcriptionnelle Un exemple d enzyme hépatique régulée par induction/répression de sa synthèse : la phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK) est induite par le glucagon et les catécholamines en situation post-absorptive (activation de la néoglucogénèse) et réprimée par l insuline en situation post-prandiale (inhibition de la néoglucogénèse) Phosphoénolpyruvate Insuline Phosphoénol pyruvatecarboxykinase - kinase Glucagon kinase-p carboxylase + xaloacétate Acétyl CoA 33 34 Le métabolisme glucidique en situation post-prandiale Le métabolisme glucidique en situation post-absorptive Stimulation de la synthèse de glycogène et de la glycolyse Inhibition de la néoglucogenèse et de la glycogénolyse GLUCSE GLUCSE Stimulation du transport de glucose Inhibition de la synthèse de glycogène et de la glycolyse Stimulation de la glycogénolyse et de la néoglucogenèse Glycogénolyse Néoglucogenèse Inhibition du transport de glucose GLUCSE GLUCSE GLUCSE Stimulation du transport de glucose et de la synthèse de glycogène Inhibition du transport de glucose et de la synthèse de glycogène Insuline élevée Insuline basse Glucagon et catécholamines bas Cellules sanguines Glucagon et catécholamines élevés Cellules sanguines 35 36

METABLISME LIPIDIQUE I - Vue d ensemble II - Catabolisme des lipides 1. Lipolyse et régulation 2. Dégradation des acides gras 2.1. Activation des acides gras 2.2. Transfert dans la mitochondrie 2.3. beta-oxydation des acyl-coa saturés 3. Rendement énergétique de l oxydation d un acide gras 4. Régulation de la beta-oxydation 5. Cétogénèse 5.1 Synthèse des corps cétoniques 5.2 Utilisation des corps cétoniques III - Biosynthèse des lipides 1. Synthèse des acides gras : lipogénèse 1.1. Sortie de l acyl-coa des mitochondries 1.2. Formation du malonyl CoA et régulation de l enzyme 1.3. Synthèse des acides gras 2. Source du NADPH nécessaire 3. Synthèse du glycérol-phosphate 4. Synthèse des triglycérides 5. Transport des triglycérides entre les organes et régulation I - Vue d ensemble du métabolisme lipidique 1-Digestion-Absorption 3-Stockage des TG 2 - Synthèse des acides gras (lipogénèse) et des TG 5-xydation des acides gras (et synthèse de corps cétoniques) 4-Libération des acides gras et du glycérol (lipolyse) 5-xydation Des acides gras 37 TG : triglycérides 38 Apport de lipides aux tissus après les repas : alimentation 1. Triglycérides alimentaires II - Catabolisme des lipides 1- Lipolyse et régulation La principale forme de réserve énergétique de l homme est représentée par les triglycérides stockés dans le tissu adipeux. L hydrolyse des triglycérides est effectuée dans le tissu adipeux par la lipase hormono-sensible, LHS (régulée par les hormones) + autres lipases. TG EC PL Apoprotéine 2. Glucides alimentaires en excès - Lipogénèse hépatique : aboutit à la synthèse de triglycérides - Exportés dans la circulation générale sous forme de VLDL Les chylomicrons et les VLDL sont des lipoprotéines. Les lipoprotéines sont des complexes circulants de protéines et de lipides. Elles sont constituées d une monocouche externe de phospholipides (PL) contenant du cholestérol et de protéines appelées apolipoprotéines; la partie centrale contient des triglycérides (TG) et des esters de cholestérol (EC). 39 40

ADIPCYTES VAISSEAU Libération des acides gras : lipolyse ADIPCYTE (Périlipine) Glycérol Glycérol LHS TG Gouttelette de triglycérides Vaisseau sanguin 41 Les acides gras circulent liés à l albumine. Le glycérol peut-être phosphorylé en α- glycérophosphate par une glycérol kinase et réutilisé dans le foie (néoglucogénèse) LHS : Lipase hormono-sensible + autres lipases : acide gras 42 Régulation de la lipolyse En situation post-absorptive, on observe une chute de l insulinémie et une augmentation des concentrations locales de catécholamines (adrénaline, noradrénaline) dans le tissu adipeux. Transport des acides gras dans la circulation depuis le tissu adipeux vers les tissus utilisateurs. Catécholamines Insuline Sortie du cytosol de la cellule adipeuse AMPc Adénylate cyclase + Protéine Kinase A + Phosphodiestérase AMP P LHS P LHS P Périlipine P TG Gouttelette de triglycérides Acides gras libres, non estérifiés : NE Transport par l albumine dans la circulation car insolubles dans le plasma Entrée dans les cellules musculaires, cardiaques, hépatiques où ils sont oxydés Non utilisables par le cerveau (n entrent pas), les globules rouges (n ont pas de mitochondries), la médullaire rénale (peu d oxygène) Catécholamines : activation de la PKA qui phosphoryle sur Ser la LHS et la périlipine. Ceci entraîne l activation et la migration de la LHS vers la paroi de la gouttelette Insuline : inactivation de la PKA par dégradation de l AMPc 43 44

2- Dégradation des acides gras dans les tissus utilisateurs par la voie de la beta-oxydation. Les principales étapes : 2.1. Activation des acides gras 2.2. Transfert dans la matrice mitochondriale 2.3. Beta-oxydation des acyl-coa saturés 2.2 Transfert des acyl-coa dans la mitochondrie - Deux enzymes carnitine palmitoyl transférase situées dans la membrane externe (CPT1) et interne (CPT2) de la mitochondrie - Une translocase dans la membrane interne échange l acylcarnitine contre la carnitine - Les pools de CoA du cytoplasme et de la mitochondrie sont différents. Acyl-CoA Carnitine CPT1 CPT2 Acylcarnitine Liaison ester riche en énergie 2.1. Activation des acides gras au niveau de la membrane externe du côté cytoplasmique des mitochondries enzyme : acyl-coa synthétase CoA-SH : coenzyme A PPi : pyrophosphate - Première réaction (en 2 étapes), réversible, transfert d une liaison riche en énergie - Deuxième réaction, irréversible, perte d une liaison riche en énergie Acide gras + CoASH + AMP + PPi + Acyl-CoA carnitine + Acyl-CoA CoASH +Acyl-carnitine carnitine Membrane externe ACS CPT1 Acyl-carnitine carnitine Membrane interne CPT2 Translocase Matrice mitochondriale Acyl-CoA + carnitine Acyl-carnitine + CoASH carnitine La réaction globale est irréversible et utilise deux liaisons riches en énergie de l 45 ACS: Acyl-CoA synthétase; CPT1: carnitine palmitoyl transferase 1; CPT2: carnitine palmitoyl transferase 2; Translocase: acyl-carnitine carnitine translocase 46 3 - Rendement énergétique de l oxydation d un acide gras saturé. Un tour d hélice qui raccourcit de 2C C n -acyl-coa + FAD + NAD + + (H 2 0) + CoA C n -2 - acyl CoA + FADH 2 + NADH, H + + acétyl -CoA Exemple du palmitoyl CoA (acyl CoA en C 16) = 7 cycles de réactions Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 CoA + 7 H 2 0 8 acétyl-coa + 7 FADH 2 + 7 NADH,H + Chaque NADH, H + oxydé dans la chaîne respiratoire permet la formation de 3 liaisons riches en énergie d. Chaque FADH 2 de 2 liaisons d. Chaque acétyl-coa oxydé par le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire fournit 12 liaisons d. 47 Le bilan de l oxydation du palmitoyl-coa est donc de : 7 x 3 + 7 x 2 + 8 x 12 = 131 Le bilan de l oxydation du palmitate est de 131-2 = 129 liaisons d 48

4 - Régulation de la beta-oxydation Le malonyl-coa inhibe la CPT1 et donc l entrée des acides gras et la ß- oxydation. Le malonyl-coa est un intermédiaire de la synthèse des acides gras (lipogénèse), une voie métabolique active lorsque l apport de glucose est élevé. Il est synthétisé par l acétyl-coa carboxylase. 5. La cétogénèse hépatique 5.1 La cétogénèse hépatique Dans le foie, l acétyl-coa formé par la dégradation des acides gras peut entrer dans une voie métabolique appelée «Cétogénèse» et qui produit de l acide acétoacétique et de l acide 3-hydroxybutyrique. (3-hydroxybutyrate déshydrogénase) Malonyl-CoA carnitine + Acyl-CoA CoASH +Acyl-carnitine Membrane externe CPT1 Acyl-carnitine Membrane interne CPT2 Translocase ß-oxydation Acyl-CoA + carnitine Matrice mitochondriale Acyl-carnitine + CoASH CH 3 -C-CH 2 -CH CH 3 -CH-CH 2 -CH II I Acide acétoacétique NADH + H + NAD + H Acide 3-hydroxybutyrique CH 3 -C-CH 3 Acétone volatile II L acide acétoacétique et l acide 3-hydroxybutyrique diffusent hors des mitochondries hépatiques et passent dans le sang. 49 50 Les corps cétoniques 5.2 Utilisation des corps cétoniques (cerveau, muscle oxydatif, cortex rénal) - Les corps cétoniques sont des composés hydrosolubles qui peuvent être oxydés. Contrairement aux acides gras, ils peuvent passer la barrière hémato-encéphalique et être utilisés comme substrat énergétique par le cerveau en remplacement du glucose en situation de jeûne. 3-Hydroxybutyrate Acétoacétate NAD + NADH + H + CoA CoA Transférase transférase Succinyl CoA Cycle de Krebs - Ils jouent un rôle majeur dans les adaptations au jeûne long car ils peuvent être utilisés aussi par les muscles oxydatifs et le cortex rénal en remplacement du glucose. Acétoacétyl CoA Succinate -Le produit de décarboxylation non-enzymatique de l acide acétoacétique est l acétone dont on peut détecter la présence dans l haleine en tant qu indice d une concentration élevée de corps cétoniques dans le sang (cétose). Thiolase CoA - Le foie produit les corps cétoniques mais ne peut les utiliser. 2 Acétyl CoA Le foie ne possède pas de CoA-transférase 51 52

III Biosynthèse des lipides 1. Synthèse des acides gras : lipogénèse Lieu : surtout foie et glande mammaire en lactation, et à un moindre degré, tissu adipeux 1.1 Sortie de l acétyl-coa des mitochondries dans le cytosol. L acétyl-coa est produit dans les mitochondries par l oxydation du pyruvate (venant du glucose, fructose), de certains acides aminés. Le citrate sort de la mitochondrie quand l isocitrate déshydrogénase est inhibé par l présent en grande quantité. xaloacétate Acétyl-CoA xaloacétate Acétyl-CoA 1.2 Formation du malonyl-coa. Acétyl-CoA carboxylase : enzyme à biotine. Biotine-enzyze + + HC 3 - <==> C 2 biotine-enzyme + ADP + Pi C 2 biotine-enzyme + acétyl-coa ==> malonyl-coa + biotine-enzyme Cytosol -Citrate lyase CoA Citrate ADP + Pi Citrate synthase Citrate CoA Matrice mitochondriale -Etape irréversible - Etape limitante - Régulation covalente : déphosphorylation en présence d insuline (activation) Phosphorylation en présence de glucagon (inactivation) 53 54 1.3. Synthèse des acides gras. La biosynthèse des acides gras se produit dans le cytosol contrairement à la ß-oxydation qui est mitochondriale. La synthase des acides gras est un complexe multi-enzymatique qui fonctionne sous la forme d un dimère où les 2 monomères sont associés tête-bêche. Chaque monomère possède 7 activités enzymatiques différentes La synthase des acides gras effectue une série de réactions cycliques avec au départ une amorce d acétyl-coa. Puis, à chaque tour, un malonyl-coa (3 carbones) est ajouté et un C 2 éliminé. Le bilan est donc à chaque tour de + 2 carbones. L acide gras libéré est l acide palmitique (16 carbones) Amorce : acétyl-coa acétyl-coa + malonyl-coa + 2 NADPH + H+ ==> CH 3 -CH 2 -CH 2 -C-S-CoA + CoA-SH + 2 NADP + C 2 +H 2 CH 3 -CH 2 -CH 2 -C-S-CoA + malonyl-coa + 2 NADPH + H+ ==> CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -C-S-CoA + CoA-SH + 2 NADP + C 2 + H 2. + 2C + 2C + 2C + 2C + 2C 2. Sources du NADPH, H+ nécessaire à la synthèse des acides gras. - Synthèse à partir de l oxaloacétate dans le cytoplasme Citrate oxaloacétate + acétyl-coa xaloacétate + NADH, H + Malate + NAD + Malate + NADP + + NADPH, H + + C 2 Les 8 molécules d acétyl CoA transférées dans le cytoplasme pour la synthèse du palmitate permettent de synthétiser 8 NADPH sur les 14 nécessaires. - Une autre voie métabolique (non détaillée dans le cours) apporte les 6 NADPH, H + supplémentaires nécessaires. ==> CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH 55 56

3. Synthèse du glycéro-phosphate - Synthèse à partir du glucose dans le foie et le tissu adipeux - Synthèse à partir du glycérol dans le foie. -L origine du glycérol circulant peut être la lipolyse à l état post-absorptif ou l hydrolyse des triglycérides des lipoprotéines à l état post-prandial. 5. Transport des triglycérides dans la circulation : rôle des lipoprotéines, chylomicrons et VLDL CM : chylomicrons : TG + apoprotéines VLDL : TG + apoprotéines CM: Chylomicrons TG: Triglycérides VLDL: Very Low Density Lipoprotein 4. Synthèse des triglycérides - Conversion de l acide gras libre en acyl-coa par l acyl-coa synthétase. - Synthèse d un triglycéride à partir de 3 acyl-coa et d un glycérol-p Triglycéride - Dans le foie : les triglycérides synthétisés sont exportés vers le tissu adipeux par les VLDL. - Dans le tissu adipeux : les triglycérides sont stockés dans la cellule. 57 58 Chylomicrons et VLDL (Lipoprotéines) Stockage sous forme de triglycérides Le métabolisme lipidique à l état post-prandial, en présence d insuline VAISSEAU LP Transport Triglycérides Triglycérides (chylomicrons) Glucose TG Glycérol 3 Acyl-CoA + Glycérol-P Glycogène Triglycérides VLDL Glycogène + Lipoprotéine lipase (LPL) Glycérol = Lipoprotéine lipase (LPL) ADIPCYTE Lors d un repas mixte (glucides + lipides), il y a formation de chylomicrons et élévation de la glycémie et de l insulinémie. L insuline stimule la synthèse et la translocation de la lipoprotéine lipase sur la paroi vasculaire. 59 60

Le métabolisme lipidique en situation post-absorptive TG Acides gras (liés à l albumine) + glycérol Acides gras/albumine Acides Gras ==> ß-xydation ==> énergie + corps cétoniques Alanine Néoglucogenèse Lactate Glycérol ===> Glucose Acides Gras ==> ß-oxydation (épargne de glucose) 61