III - Le catabolisme
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ASPECT BIOCHIMIQUES DU MÉTABOLISME CHAPITRE III : LE CATABOLISME I – GÉNÉRALITÉS Les petites unités issues de la dégradation des nutriments sont transformées en métabolites (pyruvate, puis Acétyl-coA) phares qui s’intègrent dans les cycles producteurs d’énergie. Cette dégradation se fait essentiellement par Hydrolases. Les protéines commencent à être clivées et dénaturées par des enzymes des sucs gastriques / pancréatiques donnant des polypeptides par l’action d’endopeptidases coupants en bouts, et d’exopeptidases qui « grignotent ». Dans l’intestin ces polypeptides sont digérés encore en simple peptides et passent à travers l’épithélium intestinal. Les polysaccharides sont transformés en oligosaccharides par l’action de la glycosydase, une enzyme du pancréas. Dans l’épithélium intestinal, ces oligosaccharides deviennent monosaccharides et sont absorbés. Le glucose pourra ensuite + + passer par diffusion facilitée ou via un transporteur sodium/glucose couplé à une Na /K ATPase. Les graisses sont solubilisées par des sels et des phospholipides biliaires amphiphiles, puis attaquées par la lipase pancréatique, donnant des acides gras, du glycérol, et du phosphate. Les Acides gras diffusent à travers l’épithélium intestinal. II – GLYCOLYSE ET NÉOGLUCOGENÈSE La glycolyse est la transformation du glucose en pyruvate. Pas besoin d’oxygène. Ca se fait en 10 étapes (comme pour le végétal) ACTIVATION (si inhibée, augmentation de la glycémie) 1. Phosphorylation (Glucose Glucose-6-Phosphate grâce à l’hexokinase) consomme 1 ATP 2. Isomérisation (G6P Fructose-6-Phosphate grâce à une phosphohexose isomérase) 3. Phosphorylation (F6P Fuctose-1,6-Bisphosphate grâce à une phosphofructokinase) consomme 1 ATP CLIVAGE 4. Clivage en deux Dihydroxyacétonephosphate (DHAP) ou glycéraldéhyde phosphate (GAP) grâce à l’aldolase 5. Isomérisation réversible DHAP ↔ GAP grâce à la triose-phosphateisomérase RECUPERATION 6. Oxydoréduction (GAP 1,3-Bisphosphoglycérate grâce à une D-glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase) produit 1 NADH (x2 car deux molécules) 7. Déphosphorylation (1,3BisPG 3-Phosphoglycérate grâce à une phosphoglycératekinase) produit 1 ATP (x2 car deux molécules) 8. Isomérisation (3PG 2-Phosphoglycérate grâce à une phosphoglycératemutase) 9. Transfert de groupe (2PG phosphoénolpyruvate à l’aide d’une énolase) 10. Déphosphorylation (PEP Pyruvate à l’aide d’une pyruvate kinase) produit 1 ATP (x2 car deux molécules) + + TOTAL : Glucose + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H + 2 H2O A l’issue de ce processus, on obtient donc 2 ATP, du NADH régénéré, et du Pyruvate qui va pouvoir servir à plusieurs voies : Fabrication de molécules complexes à l’issue de la glycolyse Fabrication de glycogène Les sucres utilisés pour cette glycolyse sont le galactose, le fructose (et donc le saccharose), mais aussi les stocks de glycogène. On peut également procéder par néoglucogenèse, du glucose fabriqué à partir de matériaux non-glucidiques. Cette voie consiste globalement à remonter la glycolyse, car en cas de périodes de jeûne, il faut que le glucose soit formé par des sources non-glucidiques : Lactate Pyruvate Par Krys3000 (Groupe « The Trust » - http://www.cours-en-ligne.tk/) Page 1 - Acides aminés obtenus par dégradation des muscles (Alanine, Aspartate) donnant du pyruvate ou de l’Oxaloacétate (OAA) qui va pouvoir redonner du PEP. Hydrolyse des triglycérides des adipocytes pour obtenir du glycérol qui devient DHAP. Pour mener à bien cette remontée, il faut court-circuiter les 3 seules réactions de la glycolyse qui sont irréversibles. Le passage Pyruvate PEP est assuré par la transformation, dans la mitochondrie, du pyruvate en OAA, consommant du CO2 et de l’ATP. Cet OAA deviendra ensuite du PEP en libérant le CO2 et en consommant du GTP (Guanine Triphosphate). Les deux enzymes employées sont la PEPCK et la PEPCase Consommés : 1 ATP + 1 GTP (x2) Le passage F-1,6-BisP F6P se fait par hydrolyse via la Fructose 1,6-BisPhosphatase nécessitant un ATP. Consommés : 1 ATP Le passage G6P Glucose se fait par hydrolyse via la Glucose 6-Phosphatase, avec un ATP, dans le foie, les reins, ou l’intestin, au niveau du réticulum endoplasmique. Consommés : 1 ATP + TOTAL : 2 Pyruvate + 4 ATP + 6 H2O Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + NAD + 2 H + Le glucose sous forme libre est essentiellement produit dans le foie et les reins et transporté (avec déphosphorylation si besoin est). Ces processus peuvent être régulés par la présence d’enzymes, l’activité de celle-ci, ou la disponibilité de leur substrat : Régulation de l’Hexokinase : Rétrocontrôle négatif par le G6P lui-même. Dans le foie, il existe une isozyme nommée glucokinase, qui n’est pas inhibée, mais à une plus faible affinité. Elle forme le glycogène si la concentration en sucre est trop élevée. Régulation de la phosphofructokinase : elle intervient au moment de la phosphorylation du F6P, puisque cette enzyme est un carrefour métabolique entre la glycogénogenèse et la voie des pentoses phosphates. L’inhibition de cette enzyme se fait par l’augmentation de l’ATP, du pyruvate, et du citrate. Régulation de la phosphate kinase : Régulée par phosphorylation de l’insuline ou du glucagon qui déclenche des voies de signalisation. On peut donc utiliser le glucose ingéré, en fabriquer par néoglucogenèse, ou entamer les molécules stocks : Amidon chez les plantes Cellulose (paroi des végétaux) Glycogène présent dans le foie et les muscles. Celui-ci peut être dégradé par phosphorolyse : Glycogène(n+1) + Pi Glycogène(n) + Glucose-1-P Ce procédé donne directement du G1P et supprime ainsi les fuites de glucose. Le glycogène est synthétisé à partir de la réaction suivante : G1P + UTP (Uracile triphosphate) + H2O UDP-Glucose UDP-Glucose(n) UDP(n) + Glycogène III – LE DEVENIR DU PYRUVATE Il peut server à la fermentation (alcoolique ou lactique) ou a la formation, en aérobie, d’Acétyl-CoA Pyruvate + CoA Acétyl-CoA + CO2 + NADH Cette réaction est catalysée par le complexe multienzymatique nommé pyruvate déshydrogénase. + Ce complexe est composé de 3 enzymes E1, E2 et E3 et 5 coenzymes (TPP, Acide lipoïque, FAD, CoA, et NAD ) + Le pyruvate arrive sur E1, enzyme relié au TPP (thiamine pyrophosphate). Ils décarboxylent le pyruvate (utilisation de NAD ). Ensuite, la molécule est transférée sur l’E2 (relié au l’acide lipoïque) qui transfère l’Acétyl sur le CoA. Enfin, l’E3/FAD va se charger de régénérer le l’acide lipoïque pour le prochain transfert. L’Acétyl-CoA peut aussi être formé à partir d’Acides Gras. IV – LES LIPIDES • • Solubles dans les solvants organiques, pas trop dans l’eau 4 classes : Acides Gras Par Krys3000 (Groupe « The Trust » - http://www.cours-en-ligne.tk/) Page 2 Lipides à Acides Gras : glycérolipides basés sur le glycérol (mono, di, triglycérides) et sphingolipides Stérols : précurseurs des hormones et des vitamines (Eucaryotes uniquement) Lipides isopréniques : dérivés de l’isoprène, comme les pigments, résines, etc… Ils servent de membrane physiologique (phospholipides, sphingolipides et stérols), de réserve énergétique (gouttelettes lipidiques, adipocytes), ou possèdent des rôles particuliers (émulsifiants, sels, précurseurs, signaux) La mise en réserve des Acides Gras est induite par la lipoprotéine lipase, stimulée par l’insuline, alors que leur libération est due à la LPS inhibée par l’insuline, stimulée par l’hormone de croissance et par une cascade de phosphorylation. Afin de circuler dans le sang, les Acides Gras forment des lipoprotéines (LDL, HDL et VLDL) en associant des apoprotéines et des gouttelettes lipidiques. Cela fonctionne à partir de la formation par l’intestin des chylomicrons (lipoprotéine) qui passent dans le sang, subissent des remaniements au cours du transport vers le foie donnant des chylomicrons remnants. Pour ce qui est du stockage dans les tissus adipeux, il est dû au glycérol formé par le stock de glucose (induit par l’insuline lorsque l’on mange). Les lipides peuvent également produire l’Acétyl-CoA par β-Oxydation aidée par la carnitine, car l’Acétyl-CoA est un acide gras activé. V – CORPS CÉTONIQUES Substances stocks de l’Acétyl-CoA. C’est le foie qui les fabrique, dans deux cas : Jeune Prolongé : le glucose est manquant. On va alors détourner l’utilisation d’Acide Oxaloacétique pour la néoglucogenèse, c’est donc la graisse qui sera utilisée pour former de l’Acétyl-CoA. Mais sans OAA, pas de cycle de Krebs, donc en attendant la synthèse d’assez de sucre, l’Acétyl-CoA est stocké en corps cétoniques, assurant 75 % des besoins du cerveau. Excès d’Acétyl-CoA : Arrêt du Cycle de Krebs car il n’y en aurait pas assez pour le retraiter. Les corps en question sont l’Acétoacétyl-CoA, l’Acétone, et la β-hydroxybutirate. VI – LE CYCLE DE KREBS Ce cycle se déroule en aérobie, dans la mitochondrie. Il produit du NADH (3), du FADH2 (1) et du GTP (1) plus 2 CO2, en partant de l’Acétyl-CoA obtenu précédemment, qui va se combiner à l’OAA dans une série de réaction finissant par conduire de nouveau à de l’OAA. L’image suivante traduit le cycle : Par Krys3000 (Groupe « The Trust » - http://www.cours-en-ligne.tk/) Page 3
