METABOLISME DES ACIDES GRAS 1 Objectifs 1) Décrire le mécanisme de transfert de l’acylCoA dans la mitochondrie 2) Décrire les étapes de l’oxydation des acides gras 3) Etablir le bilan en ATP de l’oxydation complète d’un acide gras saturé 4) Citer les différentes destinées des produits de la β oxydation 5) Décrire les étapes de la biosynthèse des acides gras 6) Expliquer le mécanisme de régulation du métabolisme des acides gras 2 PLAN I. GENERALITES II. CATABOLISME DES ACIDES GRAS A. Activation de l’AG B. Transfert de l’acyl-CoA dans la mitochondrie C. La β oxydation 1. 2. 3. 4. Oxydation des AG à nombre pair de carbones Oxydation des AG à nombre impair de carbones Oxydation des AG mono-insaturés Oxydation des AG polyinsaturés D. Destinées de l’acétyl-CoA 3 PLAN III. BIOSYNTHESE DES ACIDES GRAS A. Transfert du radical acétyl de la mitochondrie vers le cytosol B. Synthèse du malonyl-CoA C. Biosynthèse de l’acide palmitique 1. 2. 3. 4. 5. Condensation de l’acétyl-ACP et du malonyl-ACP Réduction de l’acétoacétyl-ACP Déshydratation du β hydoxybutyryl-ACP Réduction de la double liaison Bilan énergétique et moléculaire de la biosynthèse D. Biosynthèse des AG mono-insaturés E. Biosynthèse des AG polyinsaturés IV. REGULATION DU METABOLISME DES ACIDES GRAS 4 I. GENERALITES METABOLISME = ANABOLISME + CATABOLISME Catabolisme des AG = β oxydation voie la plus énergétique de l’organisme, fournit 40% de l’énergie. processus mitochondrial +++ Produit final: Acétyl-CoA Biosynthèse : n’est pas l’inverse de la β oxydation processus extra-mitochondrial (cytosol +++) Précurseur: Acétyl-CoA 5 I. GENERALITES L’activation a lieu dans la membrane externe de la mitochondrie La béta oxydation proprement dite a lieu dans la matrice mitochondriale 6 II. Catabolisme des AG A. Activation des AGS 7 II. Catabolisme des AG B. Transfert de l’acylCoA dans la mitochondrie Les acides gras à courte chaine (n< 12) peuvent pénétrer la mitochondrie par simple diffusion Alors que le transfert des AG à longue chaine (n> 12) nécessite un système enzymatique de transport (système carnitine) 8 II. Catabolisme des AG B. Transfert de l’acylCoA dans la mitochondrie Le radical acyl se lie à la carnitine pour fournir une acylcarnitine et du coenzyme A sous l’action de l’Acyl Carnitine Transférase I (ACT I) L’acylcarnitine traverse la membrane mitochondriale grâce à l’action d’une acylcarnitine translocase A l’intérieur de la mitochondrie, le radical acyl est transféré sur le CoA-SH de la matrice mitochondriale restituant l’acyl-CoA et libérant la carnitine sous l’action de l’Acyl Carnitine Transférase II (ACT II) 9 II. Catabolisme des AG 10 II. Catabolisme des AG C. La β-oxydation AG dégradés par amputations successives d’unités dicarbonées par oxydation du carbone α : C’est la bêta oxydation élucidée par Franz KNOOP1904 Répétition de 4 réactions enzymatiques appelées hélice de Lynen 1. Oxydation : acyl-CoA déshydrogénase 2. Hydratation: enoyl-CoA hydratase 3. Oxydation: β hydroxyacyl-CoA déshydrogénase 4. Thiolyse: β cétothiolase AG à n C AG à n-2 C … 11 R-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA Acyl CoA FAD Oxydation FADH2 R-CH2-C=C-CO-S-CoA R-CH2-C-S-CoA Acyl CoA (n-2) H Déhydroacyl CoA / trans- Δ2 - enoyl CoA H2O Hydratation HO 2 H CoA-SH NAD+ NADH2 R-CH2-C-C-CO-S-CoA H H L-3- Hydroxyacyl CoA + Oxydation 3 CH3-CO-S-CoA Acétyl CoA Thiolyse 4 O H O 1 R-CH2-C-CH2-CO-S-CoA 3-Cétoacyl CoA 12 1. β-oxydation des AGS à nombre pair de carbone II. Catabolisme des AG Bilan énergétique L’activation consomme 2 ATP Chaque tour de spire produit 1 FADH2 et 1 NADH2 Les acétyl-CoA produits vont être oxydés dans le cycle de Krebs 14 II. Catabolisme des AG Bilan énergétique de la β-Oxydation de l’acide palmitique C16:0 Palmityl-CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA-SH + 7 H2O Soit : 8 Acétyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH2 7 NADH2 → 21 ATP 7 FADH2 → 14 ATP 8 Acétyl-CoA → 96 ATP Au total 131 ATP sont produits Bilan : 131 – 2 = 129 ATP 15 II. Catabolisme des AG 2. Oxydation des AG à nombre impair de carbones Ils sont oxydés de la même façon que les AG paires Le dernier cycle libère de l’acétyl-CoA et du propionyl-CoA Le propionyl-CoA entre dans le cycle de Krebs après conversion en succinyl-CoA 16 II. Catabolisme des AG C. La β oxydation 3. AGMIS – Intervention d’une enzyme supplémentaire: Isomérase (cis-Δ3 en trans-Δ2) – Bilan énergétique: celui de l’AGS-2ATP (économie de FADH2) 4. AGPIS – Intervention de 2 enzymes supplémentaires: Isomérase et Epimérase (qui transforme la série D en série L) – Bilan énergétique: celui de l’AGS-2n (n=nombre de Δ) 17 II. Catabolisme des AG C. La β oxydation 3. oxydation des AG monoinsaturés: exemple de l’acide oléique (C18: ∆9) 18 II. Catabolisme des AG C. La β oxydation 4. oxydation des AG polyinsaturés: acide linoléique (C18: ∆9,12) 19 II. Catabolisme des AG D. Destinées de l’acétyl-CoA Acétyl-CoA Cycle de Krebs Précurseurs de biosynthèse des lipides et des phospholipides Synthèse des AG ou des lipides Synthèse cholestérol et corps cétoniques Synthèse du glucose 20 II. Catabolisme des AG D. Destinées de l’acétyl-CoA: CÉTOGENÈSE Formation de corps cétoniques dans le foie moyen de distribution de l’acétyl-CoA du foie vers les autres tissus. Hyperproduction => cétose (complication du diabète) Rôle des corps cétoniques Sources énergétique pour le muscle, le cerveau, le cortex surrénalien Dégradation des corps cétoniques par les tissus extrahépatiques Acétoacétate et béta-hydroxybutyrique ( Acétyl-CoA). Acétone 21 1 Cétogenèse 2 3 22 II. Catabolisme des AG Régulation de la Cétogenèse Régulée par le rapport Insuline / glucagon. La baisse de ce rapport favorise plusieurs facteurs cétogènes: Apport d’AG au foie (lipolyse adipocytaire) L’entrée facilitée de ces AG sous forme d’acylCoA dans la mitochondrie Le flux d’acétyl-CoA produit par leur oxydation (HMG-CoA synthase) 23 II. Catabolisme des AG E. Régulation du catabolisme des AG Principal point de contrôle : Transport membranaire des acyles du cytosol dans la mitochondrie grâce à la carnitine. L’enzyme responsable est la Acyl carnitine transférase (ACT) qui est une enzyme allostérique rétro-inhibée par le malonyl-CoA. 24 III. Biosynthèse des AG Voies synthèse # Voies dégradation, Elle se déroule dans le cytoplasme L’acétyl CoA est transporté dans le cytoplasme par la navette citrate-malate. Les intermédiaires sont transportés par l’Acyl Carrier Protein (ACP) = protéine transporteuse d’acyles. La plupart des enzymes sont organisées en un complexe multienzymatique appelé complexe acide gras synthase. 25 III. Biosynthèse des AG Chaîne d’AG allongée par addition séquentielle d’unités dicarbonées dérivées de l’acétyl-CoA. Le donneur d’unités dicarbonées est le MalonylACP Dans la biosynthèse, le réducteur est le NADPH,H+ L’élongation par le complexe acide gras synthase s’arrête à la formation de l’acide palmitique. Une élongation supplémentaire et l’introduction de doubles liaisons vont nécessiter d’autres systèmes enzymatiques. 26 III. Biosynthèse des AG A. Transfert du radical acétyle de la mitochondrie vers le cytosol Il se déroule en 2 phases: Phase mitochondriale Carboxylation du pyruvate en OA Condensation de l’OA et de l’acétyl-CoA Transfert du citrate vers le cytosol par la citrate translocase 27 Carboxylation du pyruvate en présence de biotine Formation du Citrate 28 III. Biosynthèse des AG A. Transfert du radical acétyle de la mitochondrie vers le cytosol Phase cytosolique Clivage du citrate en OA et acétyl-CoA OA: Régénération du malate Déshydrogénation du malate en pyruvate Acétyl-CoA Biosynthèse des AG 29 III. Biosynthèse des AG A. Transfert du radical acétyle de la mitochondrie vers le cytosol Phase cytosolique Citrate lyase Oxaloacétate + Acétyl-CoA + ADP + Pi Citrate + HSCoA + ATP Malate déshydrogénase à NAD+ Oxaloacétate + NADH,H+ Malate + NAD+ Malate déshydrogènase à NADP+ Malate + NADP+ Pyruvate + CO2 + NADPH,H+ 30 31 III. Biosynthèse des AG B. Synthèse du malonyl-CoA Etape engagement élucidée par SALIH WAKIL Correspond à la carboxylation de l’acétyl-CoA en malonyl-CoA par l’acétyl-CoA carboxylase. Phosphoyléé inactive Déphosphorylée active 32 III. Biosynthèse des AG C. Biosynthèse de l’acide palmitique Transfert d’acétyle et de malonyle sur l’ACP Les groupements acétyle de l’acétyl-CoA et du malonyl-CoA sont transférés respectivement par une acétyl-transférase (transacétylase) et une malonyltransférase sur l’ACP. Cette réaction crée la formation d’acétyl-ACP et de malonyl-ACP 33 III. Biosynthèse des AG C. Biosynthèse de l’acide palmitique Elongation dans la synthèse des AG L’addition de chaque unité dicarbonée nécessitera quatre étapes catalysées par le complexe Acide Gras Synthase. Condensation de l’acétyl-ACP et du malonyl-ACP: Acétoacétyl-ACP synthase Réduction de l’acétoacétyl-ACP: Acétoacétyl-ACP réductase Déshydrogénation du β-hydroxybutyryl-ACP: β-hydroxybutyrylACP Réduction de la double liaison: β-hydroxybutyryl-ACP réducatse 34 35 Biosynthèse des AGS 36 III. Biosynthèse des AG Biosynthèse des AG insaturés Les cycles s’arrêtent au niveau du palmityl-ACP qui n’est pas un substrat pour l’enzyme condensante Intervention d’une désacylase libérant l’acide palmitique de l’ACP L’acide palmitique est le précurseur de l’acide stéarique et des AGS à longue chaîne. Il est aussi le précurseur des AGMI tels que l’acide palmitoléique et l’acide oléique par l’intermédiaire de l’acide stéarique. L’élongation est faite par addition d’unités dicarbonées portées par le malonyl-ACP grâce aux systèmes d’élongation du réticulum endoplasmique et de la mitochondrie. 37 III. Biosynthèse des AG D. Biosynthèse des AG mono-insaturés S’effectue dans plusieurs tissus (foie+++) Système enzymatique actif = ∆9 Désaturase (Réticulum endoplasmique) 1ère ∆ introduite, toujours entre 9 et 10. 38 III. Biosynthèse des AG 39 III. Biosynthèse des AG E. Biosynthèse des AG polyinsaturés A partir des AGMIS existantes Les autres insaturations sont introduites entre la double liaison et le COOH pour les animaux et entre la double liaison et CH3 pour les plantes. Impossible de synthétiser l’acide linoléique, l’acide linolénique et l’acide arachidonique (±) chez l’animal Ces AG nécessairement apportés par l’alimentation sont dits essentiels. 40 41 IV. Régulation du métabolisme des AG Vitesse d’oxydation, fonction de la disponibilité en substrats et sur l’entrée des acyls-CoA dans la mitochondrie. Le NADH et l’acétyl-CoA vont inhiber respectivement la 3-OH-Acyl-CoA DH et la thiolase Au niveau de la biosynthèse Le citrate stimule l’acétyl-CoA carboxylase NADPH fourni par la voie des pentoses L’ATP apporte l’énergie nécessaires aux réactions de condensation. Le glucagon active la lipolyse L’insuline inhibe la lipolyse et la cétogenèse. 42