04/11/2014 GRANDMAISON Johan L2 CR: CHABERT Julie

BMCP – Intégration des métabolismes
04/11/2014
GRANDMAISON Johan L2
CR: CHABERT Julie
BMCP
Pr. A SAVEANU
18 pages
Intégration des métabolismes
A. Généralités
Définition du métabolisme : c'est l'ensemble des transformations moléculaires et des transferts d’énergie qui se
déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l’organisme vivant.
C’est un processus qui fait intervenir des réactions de dégradation des molécules de l’environnement
(catabolisme) pour synthétiser les molécules propres de la cellule ou de l’individu (anabolisme).
Le mot métabolisme vient du grec « μεταβολή » qui signifie le changement, la transformation.
Nous allons nous intéresser plus particulièrement au métabolisme énergétique. Toutes les cellules ont besoin
d’énergie continuellement. Parfois, de manière brutale, pour s'adapter, elles peuvent avoir besoin de beaucoup
d’énergie.
A l’opposé, la fourniture d’énergie est discontinue. Elle est abondante à la fin d’un repas (post-prandial), elle
est rare en période de jeûne.
Gérer la disponibilité de l’énergie en fonction des besoins est le fait d’un ensemble de mécanismes au niveau
de :
•La cellule, qui doit capter (choisir) une source énergétique et à partir d’elle produire l’ATP.
•L’organisme qui va stocker puis libérer les molécules riches en énergie et les distribuer aux différentes
cellules en fonction de leurs besoins.
•L’espèce, qui s’adapte (à très long terme) à l’accessibilité aux sources d'énergie (aliments abondants ou
rares). L'obésité est une conséquence de l’absence d'adaptation à l’abondance d’énergie à laquelle nous
sommes confrontés aujourd'hui.
1/18
Plan :
A. Généralités
B. Les sources d'énergie
I. Glycolyse anaérobie
II. Glycolyse aérobie
III. Les acides gras
IV. Les acides aminés
C. Le choix des sources
I. Régulation de la glycolyse
II. Régulation de la β-oxydation
D. Rôle de l'AMP kinase
E. Mobilisation des réserves
I. Mobilisation du glucose à partir du glycogène (glycogénolyse)
II. Néoglucogenèse

BMCP – Intégration des métabolismes
Les différentes régulations du métabolisme vont donc être mises en place à différents moments :
•A court terme, des régulations enzymatiques vont orienter le fonctionnement cellulaire vers la
production ou l’épargne d’énergie.
•A moyen terme, tenant compte des préférences de chaque cellule, l'organisme va devoir organiser la
gestion de la source d’énergie (exogène en post-prandial ou endogène à l’état de jeûne).
•A long terme, l’adaptation aux régimes alimentaires grâce à la régulation des quantités d’enzymes, via la
régulation de la transcription.
•A très très long terme, la régulation de l’adaptabilité aux conditions environnementales par sélection des
variants génétiques.
B. Les sources d'énergie
Diversité et complémentarité des sources d’énergie
L’ensemble des réactions participant à la vie d’une cellule utilise comme énergie potentielle la molécule d’ATP.
En 24 heures, la totalité des cellules de l’organisme a besoin de 124 kg d’ATP, l'énergie nécessaire ne peut
donc pas être stockée sous cette forme.
Toute cellule possédant des mitochondries peut produire de l’ATP (ce n'est pas le cas de l'érythrocyte) à partir
de différentes sources (oses, acides gras AG, acides aminés AA, corps cétoniques...) qui doivent être accessibles
à partir du sang, de la lymphe ou du liquide céphalo-rachidien (LCR).
Le problème est d'aboutir à la synthèse d’ATP à partir des ces différentes sources en un temps compatible avec
la vitesse d’utilisation de l’ATP par une cellule donnée.
L'ATP est une source labile, c'est-à-dire une source changeante. Le tableau ci-dessous compare différents
substrats énergétiques utilisés par la cellule :
Le phosphate-créatine correspond à un deuxième relais de source énergétique.
On remarque que les réserves d'ATP, de phosphate-créatine, de glucose libre et d'oses avec le glycogène sont
faibles, alors que les réserves de triglycérides sont très élevées, elles constituent le stock principal. On voit que
l'ATP et le phosphate-créatine ne sont pas des substrats énergétiques très efficaces par rapport au triglycérides,
mais qu'on en utilise beaucoup plus que les triglycérides dans une journée : l’accessibilité des différents stocks
est inversement proportionnelle à leur masse.
2/18

BMCP – Intégration des métabolismes
Voici un autre tableau nous montrant combien de temps un substrat est capable de nous fournir de l'énergie pour
différentes activités. On remarque que pour les graisses, on parle de jours, contre des heures pour le glycogène
ou même des minutes pour le glucose sanguin.
Remarque : Un dernier élément peut être utilisé, même s'il ne constitue pas une réserve véritable car c'est un
élément de structure: ce sont les protéines, qui peuvent être mobilisées par l'organisme pour produire de
l'énergie, avec une fonte musculaire importante.
Ce graphique nous montre quels substrats on utilise en fonction de la durée d'effort physique que l'on fournit.
On remarque que plus l'effort est long, plus l'organisme va utiliser de substrats riches en énergie, mais plus
difficilement accessibles.
Ainsi, pour l'explosivité (2 secondes d'effort), on utilisera uniquement de l'ATP ; pour la vitesse (10 secondes
d'effort), on utilisera de l'ATP et du phosphate-créatine ; pour la résistance (1 minute d'effort), on utilisera l'ATP
et le phosphate-créatine mais aussi l'acide lactique (donc intervention de la glycolyse anaérobie). Enfin, c'est
seulement pour les courses d'endurance (3 minutes et plus) que le système aérobie prend le relais, avec
l'utilisation des glucides et graisses pour fournir cette énergie de longue durée.
3/18

BMCP – Intégration des métabolismes
Remarque : L'absorption et l'utilisation du phosphate-créatine par l'organisme ne sont pas optimales si on le
prend en complément alimentaire.
En dehors de cette utilisation séquentielle des ressources, l'organisme est capable d'arbitrer et de convertir ces
réserves énergétiques entre elles. Voici un schéma représentant l’inter-conversion des réserves énergétiques.
Les rectangles sont les réserves, les ovales sont les produits circulants et les rectangles avec 2 coins coupés sont
les principaux métabolites.
I. Glycolyse anaérobie
Lorsque les réserves en ATP et en phosphate de créatine diminuent, le
muscle va faire appel à sa réserve de glucose et va activer une première
glycolyse qui est appelée anaérobie.
Cette phase anaérobie est réalisée dans le cytosol et se termine avec la
transformation du pyruvate en lactate (voir cours G Bechis Paces).
Au pH du cytosol, la lactate déshydrogénase (LDH) fonctionne dans le
sens de la production de lactate, jamais en sens inverse (même si la
réaction est marquée comme réversible).
La glycolyse anaérobie a un bilan énergétique faible.
II. Glycolyse aérobie
Ci-contre un schéma du cycle de Krebs qui est un élément
essentiel de la glycolyse aérobie.
L'acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA) est indispensable pour
produire de l'énergie en condition aérobie, c'est-à-dire avec de
l'oxygène.
Les sources d'acétyl-CoA peuvent être diverses : protéines,
glucides ou lipides.
Le cycle de Krebs va produire des dinucléotides qui vont être
utilisés par la chaîne respiratoire pour produire de l'ATP.
4/18

BMCP – Intégration des métabolismes
La glycolyse aérobie est le relais rapide de la glycolyse anaérobie qui métabolise le glucose en pyruvate.
Le pyruvate traverse la double membrane mitochondriale où il est décarboxylé par le complexe de la pyruvate
déshydrogénase (PDH) pour former l'acétyl-CoA.
Le complexe de la PDH peut être présent sous 2 formes : une forme phosphorylée inactive et une forme non
phosphorylée active.
La déphosphorylation activant l'enzyme va être provoquée par une demande d'énergie via une augmentation du
calcium, alors que la phosphorylation inactivant l'enzyme va être provoquée par un rapport élevé d'acétyl-
CoA/CoA, de NADH/NAD, et d'ATP/ADP.
L’acétyl-CoA va initier le cycle de Krebs en se condensant avec une molécule d’oxaloacétate pour former du
citrate (voir cours A Enjalbert, PACES). Le citrate est un élément régulateur important dans la cellule, sur
différentes enzymes, à différents endroits.
De plus cette étape du cycle est une étape importante de régulation : la citrate synthase va être stimulée par
l'ADP et l'acétyl-CoA (son substrat) et va être inhibée par les produits du cycle de Krebs (ATP, NADH et
succinyl-CoA).
5/18