UV_301_BIOL_CELL

REMARQUES PRELIMINAIRES DESTINEES A TOUS LES ETUDIANTS
Ce polycopié s'adresse aux étudiants qui suivent l'UV 301 (DUSS 1, DUSEN, AUERE) quelle que soit
leur formation de base.
Plusieurs paragraphes ou chapitres sont particulièrement réservés à ceux qui ne possèdent pas (ou ont
oublié….) certaines notions élémentaires de chimie ou de biologie nécessaires à la compréhension de la
biochimie. Les "scientifiques" qui s'aventureraient à lire ces passages, excuseront, je l'espère, le côté
simpliste de certaines explications. En essayant de simplifier les choses, il arrive malheureusement
souvent qu'on perde un peu de rigueur et qu'on en arrive à des approximations qui peuvent parfois
choquer les "puristes" (qu'ils m'en excusent; ainsi, il sera par exemple question du NADH2 et non, comme
cela est plus exact, du NADH,H+). Il est en général plus important de bien comprendre globalement un
processus et son intérêt, plutôt que d'en mal connaître les détails. A titre d'exemple, il ne sert à rien
d'apprendre par cœur les différentes réactions du cycle de Krebs (une très importante voie métabolique
dédiée à la production d'énergie), si on ne comprend pas que ce cycle fonctionne, en gros, comme une
chaudière qui doit être approvisionnée en combustibles (Acétyl) et dont le feu doit être attisé en
permanence (oxygène), pour en retirer de l'énergie.
Les formules chimiques qui figurent dans les nombreux schémas ne doivent pas être apprises par cœur;
elles servent à visualiser, et donc à mieux comprendre, les modifications que subissent les molécules au
cours de leurs transformations dans l'organisme. A l'examen, il ne sera pas demandé aux étudiants d'écrire
ces formules, par contre, ils pourront avoir à en reconnaître certaines qui leur seraient présentées (ex.
identifier parmi plusieurs formules, celle qui correspond à un triglycéride).
Tout n'est pas à apprendre; beaucoup d'informations sont données pour permettre (je l'espère!) une
meilleure compréhension des choses. Seules les notions qui seront enseignées au cours ou que
l'enseignant indiquera comme devant être apprises dans le polycopié à la fin du dernier cours, feront l'objet
de questions à l'examen.
Il est plus que probable que, malgré les relectures, des erreurs se soient glissées dans le texte ou les
schémas. Merci de me le signaler.
Un polycopié est un document "vivant", il peut et doit subir des modifications afin d'en améliorer la
présentation et de le rendre plus utile aux étudiants. Toutes le remarques et les critiques, sur le fond
comme sur la forme, seront donc les bienvenues; elles permettront d'essayer de rendre ce polycopié plus
facile à lire et à comprendre pour vos successeurs. Merci pour eux.
Jenny VAYSSE
Voici, pour ceux qui le souhaitent, deux références d'ouvrages qui se trouvent à la bibliothèque et où
vous pourrez trouver des éclaircissements sur les points évoqués dans ce polycopié:
Biochimie structurale et métabolique. Christian Moussard. Ed. De Boeck.
Atlas de poche de nutrition. H.K. Biesalski, P. Grimm. Ed. Maloine.
1
1. CHIMIE POUR « NON-CHIMISTES » ........................................................................................... 4
1.1. Atomes, molécules, liaisons ........................................................................................................... 4
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
Atome......................................................................................................................................... 4
Molécule..................................................................................................................................... 4
Ion .............................................................................................................................................. 4
Liaison ........................................................................................................................................ 5
1.2. QUELQUES Fonctions chimiques et liaisons particulières ......................................................... 7
1.3. Quelques grands types de réactions .............................................................................................. 8
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
Oxydation et réduction ............................................................................................................... 8
Hydrolyse ................................................................................................................................... 9
Carboxylation et décarboxylation............................................................................................... 9
Désamination et transamination ................................................................................................ 9
2. BIOLOGIE CELLULAIRE POUR « NON-BIOLOGISTES »....................................................... 10
3. QUELQUES CHIFFRES CONCERNANT LES GLUCIDES, LES LIPIDES ET LES PROTEINES11
3.1. Composition du corps .................................................................................................................... 11
3.2. Alimentation - apport recommandé .............................................................................................. 11
3.3. Valeur énergétique ......................................................................................................................... 11
4. LE "CYCLE DE LA VIE" ............................................................................................................ 12
4.1. L'énergie chez les végétaux et les animaux ................................................................................ 12
4.2. métabolisme = anabolisme et catabolisme .................................................................................. 13
5. STRUCTURE DES CONSTITUANTS DE LA MATIERE VIVANTE ........................................... 14
5.1. Les glucides .................................................................................................................................... 14
5.1.1.
5.1.2.
Les oses (=monosaccharides, «sucres simples») ................................................................... 14
Les osides (= "sucres complexes") .......................................................................................... 17
5.2. Les lipides ....................................................................................................................................... 19
5.2.1.
5.2.2.
5.2.3.
5.2.4.
5.2.5.
Généralités............................................................................................................................... 19
Les acides gras ........................................................................................................................ 19
Les triglycérides ....................................................................................................................... 22
Le cholestérol et ses dérivés ................................................................................................... 22
Les autres lipides ..................................................................................................................... 23
5.3. Les acides aminés et les protéines .............................................................................................. 23
5.3.1.
5.3.2.
Les acides aminés ................................................................................................................... 24
Les peptides et les protéines ................................................................................................... 24
5.4. Les nucléotides et les acides nucléiques .................................................................................... 26
5.4.1.
5.4.2.
5.4.3.
5.4.4.
5.4.5.
Structure générale ................................................................................................................... 26
AMP cyclique (AMPc) .............................................................................................................. 26
ATP (Adénosine Tri-Phosphate) .............................................................................................. 26
NAD (Nicotinamide Adénine Dinucléotide) .............................................................................. 27
Les Acides Nucléiques ............................................................................................................ 27
2
6. GENERALITES SUR LES REACTIONS BIOCHIMIQUES ET LES VOIES DU METABOLISME29
6.1. Notions d’enzymologie .................................................................................................................. 29
6.1.1.
6.1.2.
6.1.3.
6.1.4.
Qu'est ce qu'une enzyme? ...................................................................................................... 29
Les coenzymes ........................................................................................................................ 30
Quelques grandes categories d’enzymes ............................................................................... 31
Régulation de l’activité enzymatique ....................................................................................... 34
6.2. Principe de fonctionnement des voies métaboliques ................................................................ 35
6.2.1.
6.2.2.
Réactions en chaîne ................................................................................................................ 35
Régulation concertée ............................................................................................................... 35
7. LES PRINCIPALES VOIES METABOLIQUES........................................................................... 37
7.1. Métabolisme des glucides ............................................................................................................. 37
7.1.1.
7.1.2.
7.1.3.
7.1.4.
7.1.5.
7.1.6.
Schéma général ....................................................................................................................... 37
Digestion des glucides alimentaires ........................................................................................ 38
Glycolyse ................................................................................................................................. 40
Glycogénolyse et glycogénogénèse ........................................................................................ 44
Voie des pentoses ................................................................................................................... 47
Néoglucogénèse ...................................................................................................................... 48
7.2. Métabolisme des lipides ................................................................................................................ 50
7.2.1.
7.2.2.
7.2.3.
7.2.4.
Digestion des lipides alimentaires ........................................................................................... 50
Constitution et utilisation des réserves lipidiques .................................................................... 51
Synthèse des acides gras ........................................................................................................ 52
Dégradation des acides gras (= La bêta-oxydation) ................................................................ 54
7.3. Acetyl-Coenzyme A, cycle de Krebs et chaîne respiratoire ....................................................... 55
7.3.1.
7.3.2.
7.3.3.
Origine de l'acétyl-Coenzyme A (Acétyl-CoA) ......................................................................... 55
Devenir de l'acétyl-Coenzyme A.............................................................................................. 55
Cycle de Krebs et chaîne respiratoire ..................................................................................... 56
7.4. Métabolisme des protéines............................................................................................................ 64
7.4.1.
7.4.2.
7.4.3.
7.4.4.
Géneralités............................................................................................................................... 64
Digestion des protéines alimentaires ....................................................................................... 65
Synthèse des protéines ........................................................................................................... 65
Dégradation des protéines ....................................................................................................... 71
3
1. CHIMIE POUR « NON-CHIMISTES »
1.1. ATOMES, MOLECULES, LIAISONS
1.1.1. ATOME
Constituant élémentaire de la matière, il est composé :

d’un noyau formé de particules sans charge électrique (=neutrons) et de particules chargées
positivement (=protons)

de particules chargées négativement (=électrons) gravitant autour du noyau dans un espace bien
défini (on parle de « nuage électronique »).
Un atome possède une charge électrique globale nulle (autant de protons que d’électrons). Le nombre
d’électrons, de protons et de neutrons, varie selon la nature de l’atome; ainsi, l’hydrogène H possède 1
seul électron, le carbone C en possède 6, l’azote N, 7 et l’oxygène O, 8.
La masse d’un atome est essentiellement concentrée dans son noyau. Un proton ou un neutron pesant
environ 1,67 x 10-24 g, la masse d’un atome est donc extrêmement faible. Pour ne pas avoir à manipuler
des chiffres aussi petits, on indique plutôt la masse de 6 x 1023 atomes: ainsi la masse atomique de
l’hydrogène est de 1 g, celle du carbone de 12 g (ce qui signifie que 6 x 1023 atomes de C « pèsent » 12 g).
1.1.2. MOLECULE
Une molécule est constituée par l’association de plusieurs atomes qui se lient entre eux par des liaisons
« solides » appelées liaisons covalentes :

l’eau est constituée par liaison de deux atomes d'hydrogène à un atome d'oxygène (H-O–H; il
s'agit de liaisons simples entre les atomes) => la formule chimique est donc H 2O (le chiffre 2 en
indice après le H indiquant bien que 2 H sont liés à O pour former la molécule d'eau)

le gaz carbonique a pour formule CO2 (un atome de carbone est lié à deux oxygènes par des
liaisons doubles, d'où une formule développée qui s'écrit O=C=O)

le glucose C6H12O6, ….
Les molécules ont une charge électrique nulle.
Une molécule est caractérisée par sa masse moléculaire (la masse moléculaire est en fait la masse de 6 x
1023 molécules) ; celle-ci est calculée en additionnant la masse atomique de tous les atomes constituant la
molécule : ex. la masse moléculaire du glucose C6H12O6, est égale à (6x12) + (12x1) + (6x16)= 180.
1.1.3. ION
Un ion est, soit un atome, soit une molécule, qui a « perdu » ou « gagné » un ou plusieurs électrons ; il
possède donc, selon le cas, une charge électrique:

positive si perte d'électrons (l’ion est alors un cation) ; ex. ion sodium Na+
4

négative si gain d'électrons (l’ion est alors un anion) ; ex. ion chlorure Cl-, ion bicarbonate HCO3-,
ion phosphate H2PO4-
1.1.4. LIAISON
La liaison covalente
Certains électrons sont présents dans les «zones les plus externes» de l’atome (on peut les qualifier
d'électrons périphériques); leur nombre varie en fonction de la nature de l’atome. Leur localisation "en
périphérie" justifie qu'ils puissent participer à la création de liaisons entre plusieurs atomes pour constituer
une molécule. On peut considérer (en simplifiant un peu les choses) que le nombre d’électrons
périphériques est de 1 pour l’hydrogène, 2 pour l’oxygène, 4 pour le carbone et 3 pour l’azote.
Quand deux atomes mettent en commun des électrons "périphériques", il se forme des liaisons solides
dites liaisons covalentes. Si chaque atome "prête" un électron, la liaison ainsi créée est une liaison simple;
si chaque atome prête deux électrons, la liaison est double. Très schématiquement, on peut les
représenter ainsi :
Electron «périphérique» de
l’hydrogène ou de l’oxygène
Molécule d’eau H2O
O
H
H
H
O
H
LIAISONS SIMPLES ENTRE LES
HYDROGENES ET L'OXYGENE
Electron «périphérique» de
l’hydrogène ou du carbone
Molécule d’éthylène CH2 = CH2
H
C
C
H
H
H
H
H
H
C
LIAISON DOUBLE ENTRE LES 2
C
CARBONES ET SIMPLES
H
ENTRE LES HYDROGENES ET
LES CARBONES
Electron «périphérique» de
l’oxygène ou du carbone
Molécule de gaz carbonique CO2
O
C
O
O
O LIAISON DOUBLECENTRE LE
C 1.1.1.1..1
CARBONE ET LES OXYGENES
Une liaison double n’est pas deux fois plus solide qu’une liaison simple; elle est notamment plus sensible
aux processus d'oxydation qui peuvent, en la rompant, provoquer une coupure de la molécule en deux.
L’atome d’hydrogène ne possédant qu'un électron périphérique, ne peut contracter qu’une seule liaison
covalente (donc une liaison simple): l'hydrogène est dit monovalent.
5
L’oxygène avec ses 2 électrons les plus périphériques, peut soit se lier à deux atomes différents (cas de la
molécule d'eau H2O), d'où création de 2 liaisons simples, soit se lier avec un atome par une liaison double
(comme dans la molécule de gaz carbonique CO 2 où chaque O se lie au même atome de C) ; l’oxygène
est divalent. L'azote est généralement lié à trois atomes par trois liaisons simples.
Le carbone, avec ses 4 électrons périphériques (ce qui fait dire que le carbone est tétravalent), contracte
le plus souvent soit 4 liaisons simples avec 4 atomes différents, soit une liaison double avec un atome et
deux liaisons simples avec deux autres atomes. Ainsi, la formule de l'acide lactique est:
H
H
H
C
C
C
H
O
O
O
H
ce qui s'écrit plus simplement
CH3 – CHOH - COOH
H
Pour créer des liaisons entre des atomes, et donc construire une molécule, il faut généralement apporter
de l’énergie. Celle-ci est en quelque sorte "emmagasinée" dans les liaisons ainsi formées; elle peut être
libérée si on rompt la liaison. L’énergie potentiellement présente dans les molécules est donc
essentiellement "contenue" dans les liaisons qui lient les atomes entre eux.
Les liaisons faibles
A côté des liaisons covalentes, il existe d'autres types de liaisons qui, bien que moins "solides", jouent
cependant un rôle très important en biologie. Certaines font intervenir par exemple deux groupements
chimiques:

de charge électrique opposée (l’attraction entre un groupement chimique chargé positivement et
un autre chargé négativement rappelle celle entre deux aimants) => liaison ionique ou
électrostatique

présentant tous deux une faible affinité pour l’eau => liaison hydrophobe (on peut considérer que
cette propriété commune les "rapproche").
Ces liaisons, bien que "faibles", jouent un rôle très important en biologie; elles contribuent notamment à :

stabiliser des molécules en les maintenant dans certaines configurations spatiales (= forme que
prend la molécule dans l’espace)

rapprocher des molécules, ce qui leur permet d’interagir entre elles. Ainsi, la capacité que
possède l’hémoglobine à fixer l'oxygène au niveau des poumons et à le distribuer au niveau des
tissus, dépend en partie des liaisons faibles existant entre les différentes chaînes protéiques qui
constituent la molécule d'hémoglobine.
6
1.2. QUELQUES FONCTIONS CHIMIQUES ET LIAISONS
PARTICULIERES
L'association de certains atomes constitue des groupements particuliers qui peuvent être retrouvés dans
un grand nombre de molécules (ces groupements ne sont pas des molécules entières mais seulement des
parties de molécules). Ainsi sont définies des fonctions chimiques dont les plus fréquemment
rencontrées sont les suivantes:
ALCOOL
- CH – OH ou
2
ACIDE
ALDEHYDE
CETONE
H
R
OH
C=O
C=O
C=O
CH - OH
R n'est ni H, ni OH
Comme CH3 -COOH
Comme dans
l'acide acétique
CH3 –CH2OH
("vinaigre")
l'éthanol ("l'alcool")
AMIDE
AMINE
– NH2
ou
R
NH2
NH
C=O
R différent de H
Une molécule peut contenir plusieurs fonctions différentes: ex. le glucose comporte 5 fonctions alcool et
une fonction aldéhyde.
Ces fonctions confèrent aux molécules dans lesquelles elles sont présentes, des propriétés physiques et
chimiques particulières: ex. les composés qui comportent une fonction acide sont capables de s'ioniser
(acide lactique  ion lactate + H+).
A côté de ces motifs qui définissent des fonctions chimiques, il en existe aussi qui définissent des types de
liaisons chimiques; ainsi:

une liaison ester résulte de la réaction d'un acide avec un alcool
O
H
R- C – O-H + HO – C - R'
O
H
R- C – O – C - R' + H 2O
7
C'est par liaison ester que les acides gras se lient au glycérol pour constituer les triglycérides
(voir le chapitre Structure des lipides).

une liaison osidique résulte de la réaction entre la fonction aldéhyde d'un ose et une fonction
alcool d'un autre ose (voir chapitre Structure des osides); ainsi, l'amidon est constitué de
molécules de glucose liées entre elles par des liaisons osidiques

une liaison peptidique est formée quand la fonction acide d'un acide aminé se lie à la fonction
amine d'un autre acide aminé (voir chapitre Structure des protéines).
1.3. QUELQUES GRANDS TYPES DE REACTIONS
1.3.1. OXYDATION ET RÉDUCTION
CH3 –CH3
CH3 -CH2OH
Par ajout d'oxygène
CH3 –CHO
Par enlèvement
d'hydrogène
CH3 –COOH
Par ajout d'oxygène
CO2+H2O
Par coupure de la
molécule, ajout d'O
et enlèvement d'H
sur le C
DANS CE SENS, TOUTES CES REACTIONS SONT DES OXYDATIONS
DANS LE SENS INVERSE, CES REACTIONS SONT DES REDUCTIONS
Donc de manière très simpliste:
OXYDER = "ajouter" de l'oxygène ou "enlever" de l'hydrogène
REDUIRE= "ajouter" de l'hydrogène ou "enlever" de l'oxygène
Dans l'organisme, ces réactions d'oxydation et de réduction font généralement intervenir des "navettes" à
hydrogène; celles-ci se chargent de l'hydrogène "enlevé" lors des oxydations et les "navettes" ainsi
hydrogénées redonnent cet hydrogène pour que soient réalisées des réductions:
A
A oxydé
Globalement, A est oxydé par perte d'H et B est
réduit par captation d'H, la "navette"ne servant
Navette
Navette-Hydrogène
que d'intermédiaire. Ce type de réactions
couplées est très fréquent dans le métabolisme.
B réduit
B
8
1.3.2. HYDROLYSE
Il s'agit de la coupure d'une liaison par l'eau; ex. lors de la digestion intestinale, l'amidon apporté par
l'alimentation est hydrolysé et le glucose libéré est absorbé au niveau intestinal.
1.3.3. CARBOXYLATION ET DECARBOXYLATION
Une carboxylation correspond à la fixation d'une molécule de gaz carbonique (CO 2) sur une autre
molécule; ce type de réaction nécessite la présence de biotine (= vitamine H)
CH3 -CO-COOH
HOOC-CH2 -CO-COOH
CO2
Acide pyruvique
Produit par carboxylation du pyruvate sous l'action d'une enzyme nommée pyruvate
carboxylase, ce composé joue un rôle dans le fonctionnement du cycle de Krebs (production
(ou pyruvate si on parle du
d'énergie) et la synthèse de glucose à partir de certains acides aminés (voir ces chapitres).
sel de l'acide pyruvique)
A l'inverse, une décarboxylation correspond à une perte de CO2 par une molécule.
R-CH2-CH-NH2
R-CH2 -CH2 -NH2
CO2
COOH
La décarboxylation des acides aminés, qui nécessite la présence de vitamine
B6, est sous la dépendance d'enzymes appelées décarboxylases. C'est ainsi
Acide aminé
que l'histamine est produite à partir de l'histidine (rôle de cette réaction dans les
phénomènes allergiques).
1.3.4. DESAMINATION ET TRANSAMINATION
Il s'agit soit de l'enlèvement d'un groupement aminé (désamination), soit du transfert d'un groupement
aminé d'un composé sur un autre (transamination); ces réactions sont particulièrement importantes dans
le métabolisme des acides aminés:
R – CH - COOH
R – C - COOH
Désamination
NH2
O
NH3
R1 – C - COOH
R1 – CH - COOH
O
NH2
R2 – CH - COOH
R2 – C - COOH
NH2
O
9
Transamination
2. BIOLOGIE CELLULAIRE
POUR « NON-BIOLOGISTES »
Le schéma de la cellule présenté ici est très simplifié: son seul but est de montrer les différents
compartiments cellulaires où se déroulent les principales voies métaboliques qui seront expliquées dans la
suite du polycopié.
Mitochondries: dégradation des acides gras, cycle de
Krebs et chaîne respiratoire, conversion Pyruvate =>
Acétyl-Coenzyme A,...
Membrane plasmique (présence de récepteurs de
surface
=>
relation
avec
les
autres
cellules,
mécanisme de transport assurant la pénétration de
composés extra-cellulaires dans la cellule,…)
Noyau (contenant les chromosomes): synthèse
des acides nucléiques (ADN –réplication; ARNm –
transcription), …
Réticulum endoplasmique rugueux : synthèse
protéique = traduction (les ribosomes sont liés à la
membrane de ce réticulum d'où le nom rugueux)
Réticulum endoplasmique lisse
Cytosol (cytoplasme): glycolyse, voie des pentoses, néoglucogénèse,
conversion pyruvate/lactate, synthèse des acides gras,…
Appareil de Golgi: rôle dans le transfert et la sécrétion des
protéines synthétisées dans le réticulum endoplasmique
10
3. QUELQUES CHIFFRES CONCERNANT LES
GLUCIDES, LES LIPIDES ET LES PROTEINES
3.1. COMPOSITION DU CORPS
Pour un adulte « normal » de 65 kg :
Protéines
Lipides
Glucides
Eau
10 kg
10-15 kg
1 kg
35-40 kg
Minéraux
3 kg
Vitamines
traces
3.2. ALIMENTATION - APPORT RECOMMANDE
Pour un adulte, les apports recommandés par jour sont quantitativement de l’ordre de :
Protéines
45-55 g
Lipides
80 g
Glucides
400 g
Eau
2,4 l
Minéraux
traces
Vitamines
traces
A côté de ces besoins quantitatifs, il ne faut pas oublier qu’il existe des besoins qualitatifs ; il s’agit de
composés indispensables au bon fonctionnement de l’organisme, mais que l’homme est incapable de
synthétiser : il doit donc se les procurer dans l’alimentation (Acides gras indispensables comme les acides
linoléique, linolénique et arachidonique ; acides aminés essentiels : Leucine, Thréonine, Lysine,
Tryptophane, Phénylalanine, Valine, Méthionine , Isoleucine, liste qu’on peut retrouver grâce à la phrase
suivant : le très lyrique Tristan fait vachement marcher Iseult !).
3.3. VALEUR ENERGETIQUE
La « combustion » (oxydation) d’un gramme des composés suivants produit une énergie qui correspond à :
Protéines
4 kcalories/g (=17 kjoules/g)
Lipides
9 kcalories/g (= 38 kjoules/g)
Glucides
4 kcalories/g (=17 kjoules/g)
Eau
Non énergétique
Minéraux
Non énergétique
Vitamines
Non énergétique
Rappel : l’énergie correspondant à 1 molécule d’ATP= 7,3 kcalories (soit environ 30 kjoules).
11
4. LE "CYCLE DE LA VIE"
4.1. L'ENERGIE CHEZ LES VEGETAUX ET LES ANIMAUX
L'homme est incapable de récupérer directement l'énergie solaire pour couvrir ses propres besoins
énergétiques. Il doit faire appel à des systèmes intermédiaires:
-
dans un premier temps, l'énergie solaire est captée par les plantes qui, en quelque sorte, la
convertisse en énergie chimique; elle leur sert en effet à synthétiser des GLUCIDES, en premier lieu
du glucose (C6H12O6), à partir de petites molécules carbonées (CO2) et hydrogénées (H2O)
6 CO2 + 6 H2O
-
C6H12O6 + 6 O2
puis, l'homme, qui ingère les plantes, récupère cette "énergie chimique" en dégradant le glucose (il
"défait" ce que la plante a construit: Glucose => CO 2 +H2O + Energie).
CO2
H2O
VEGETAUX
Energie
solaire
C6H12O6
(Glucose)
ANIMAUX
H2O
CO2
Alimentation C6H12O6
"Polyglucose"
(=Amidon)
(Glucose)
O2
Energie
(ATP, chaleur)
Contrairement aux plantes, les animaux ne peuvent pas réaliser la synthèse de glucose à partir du gaz
carbonique et de l'eau car ils ne possèdent pas les systèmes enzymatiques nécessaires. Leur
approvisionnement en glucose dépend donc essentiellement des plantes qu'ils ingèrent.
Les végétaux fournissent aux animaux d'une part, le glucose (qui sert de carburant pour produire de
l'énergie), d'autre part, l'oxygène (qui sert à "attiser" la combustion du glucose). Ainsi approvisionnés, les
animaux peuvent faire fonctionner leurs systèmes générateurs d'énergie (= leur "chaudière").
Les LIPIDES, molécules constituées comme les glucides de C, H et O, peuvent, pour une bonne part, être
synthétisés à partir du glucose, chez les plantes comme chez les animaux. Ces derniers en consomment
également dans leur alimentation en ingérant des lipides provenant des végétaux. Certaines catégories de
lipides ne sont pas synthétisables par l'homme qui doit donc impérativement se les procurer par voie
alimentaire.
Les plantes sont également capables de synthétiser des PROTEINES (anciennement appelées Protides)
en utilisant le C, H et O du glucose et en y ajoutant de l'azote provenant en particulier de dérivés azotés
présents dans le sol.
12
4.2. METABOLISME = ANABOLISME ET CATABOLISME
L'organisme est une structure en constant renouvellement. Le métabolisme (= ensemble des
transformations et réactions chimiques) est constitué de voies de:

synthèse (= ANABOLISME)

dégradation (= CATABOLISME).
Schématiquement, on peut considérer que l'anabolisme correspond le plus souvent à:

la synthèse de grosses molécules à partir de molécules de relativement petite taille

des réactions de réduction

des voies métaboliques consommatrices d'énergie.
et qu'à l'inverse, le catabolisme:

transforme de grosses molécules en éléments plus petits

correspond plutôt à des voies d'oxydation

produit souvent de l'énergie.
Ainsi, le catabolisme fournit l'énergie et les "navettes" chargées en hydrogène (formées lors des
oxydations) nécessaires à l’anabolisme, qui est consommateur d'énergie et nécessite un apport en H pour
les réductions.
Voici un exemple très simplifié qui montre les relations pouvant exister entre catabolisme et anabolisme;
les différentes étapes seront expliquées plus en détail dans la suite du polycopié.
D
E
G
R
A
D
A
T
I
O
N
GLUCOSE
ACIDES GRAS
(molécule à 6 C)
(molécules lipidiques à
nombre pair de C)
O
OXYDATION
X
deux voies différentes possibles
R
Navette*
Y
D
Navette* -H
molécules à 3 C
A
T
O
Y
D
N
U
Navette
CO2
Navette -H
I
S
E
molécule à 5 C
Pyruvate
T
C
H
T
E
I
S
O
N
CO2
Acétyl-Coenzyme A
E
N
ENERGIE
"Chaudière"
(Acétyl à 2 C)
H2O
Condensation de
plusieurs acétyl
=> n fois 2C
CO2
Acétyl-Coenzyme A
13
5. STRUCTURE DES CONSTITUANTS
DE LA MATIERE VIVANTE
5.1. LES GLUCIDES
Ils sont souvent appelés sucres, même si:

tous ne possèdent pas un goût sucré (ex. l'amidon contenu dans la farine)

tous les "sucres" (= composés à goût sucré) ne sont pas des glucides (ex. l'aspartam du "canderel"
est de nature peptidique).
5.1.1. LES OSES (=MONOSACCHARIDES, «SUCRES SIMPLES»)
Ce sont les molécules glucidiques de base qui en s’associant forment des glucides plus complexes, en
particulier des polysaccharides (ou polyosides).
La formule générale des oses est :
[C(H2O)]n
d'où l’appellation hydrates de carbone ("H2O de C"), qui est cependant peu utilisée en France ; par contre,
en anglais, les glucides sont appelés "carbohydrates".
Le nombre d'atomes de carbone définit le type d’ose:

n=3 => triose (ex. certains intermédiaires du catabolisme du glucose, molécule à 6 carbones qui
est dégradée par coupure en 2 molécules à 3 carbones)

n=5 => pentose (ex. ribose entrant dans la constitution des acides ribonucléiques ARN)

n=6 => hexose (ex. C6H12O6 correspond à la formule du GLUCOSE, mais aussi à celle d’autres
oses comme le galactose, le fructose,…).
La structure chimique des oses comporte plusieurs fonctions alcool (-OH) et une fonction réductrice qui
peut être:

soit aldéhyde –CHO; on parle alors d'aldose (c’est le cas du glucose, du galactose,…)
CHO-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH2OH

soit cétone –CO- ; il s'agit alors de cétose (ex. le fructose).
CH2OH-CO-CHOH-CHOH-CHOH-CH2OH
14
La formule de l’aldose indiquée ci-dessus ne permet pas de savoir s’il s’agit du glucose et du galactose par
exemple. Il est donc nécessaire de faire appel à une représentation plus détaillée de cette formule pour
bien préciser de quel ose on parle.
Par convention, la molécule doit être représentée verticalement, dans le cas des aldoses la fonction
aldéhyde étant écrite tout en haut. Avec cette formule développée, il est alors possible de:

distinguer les différents aldoses possédant le même nombre de C, H et O, en fonction de la
position relative dans l'espace des groupements –OH (à droite ou à gauche)

définir deux séries d'oses, la série D et la série L. Ainsi, il existe un D-glucose et un L-glucose
dont les capacités à être transformés dans les voies du métabolisme ne sont pas identiques.

numéroter les atomes de carbone, en commençant par en haut, le C porteur de la fonction
aldéhyde étant le n°1.
La position des –OH à droite ou à gauche
CHO
CHO
de la ligne verticale définit le nom de l’ose:
 l'ose représenté ici est le D-glucose
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
 si le -OH au niveau du carbone n°4 est à
gauche, l'ose est le D-galactose
 si le –OH porté par le carbone situé juste
au dessus du - CH2OH est à droite – donc
ici le C n°5 -, l'ose appartient à la série D;
s'il est à gauche, l'ose est de série L.
1
OH
HO
ce qui s'écrit de
manière plus
simple
CH2OH
2
3
OH
4
OH
5
CH2OH
6
Numérotation
conventionnelle
des carbones
Les oses naturels sont le plus souvent de
la série D (l'homme utilise le D-Glucose
pour ses besoins énergétiques, mais pas
le L-Glucose).
Les 4 liaisons simples qui "partent" du carbone étant normalement réparties dans tout l'espace, les 6
atomes de carbone ne sont pas situés dans le même plan et sur une même ligne verticale, comme le
laisserait penser la représentation précédente. En fait, la chaîne carbonée a tendance à se replier sur ellemême pour former un cycle.
Dans le cas des aldohexoses (oses à 6 C et une fonction aldéhyde, comme le glucose, le galactose,…), le
cycle possède 6 sommets (5 C et 1 O); il constitue un plan, le -CH2OH et les -H et -OH se positionnent au
dessus ou en dessous de ce plan selon la nature de l'ose (leur position est donc différente pour le glucose
et le galactose par exemple).
FERMETURE
DU CYCLE
CH2OH
5
CH2OH
C
C
C
C
REPLIEMENT DE
LA CHAINE
CHO
OH
H
H
OH
H
H
OH
CHO
1
4
3
OH
15
O
2
En solution aqueuse (ce qui est le cas dans l'organisme humain), les oses sont présents sous cette forme
cyclique plus stable.
Cette cyclisation conduit à modifier la présentation de la fonction aldéhyde, et à faire apparaître un –OH au
niveau du C n°1. Même si la formule représentée a un aspect différent de la formule linéaire, la molécule
est cependant la même; il s'agit simplement d'une présentation différente.
Carbone n°6
CH2OH
O
Forme Bêta
CH2OH
OH
O
Forme Alpha
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Carbone n°1
Carbone n°4
Dans le cas des aldohexoses, cette position des –OH et du –CH2OH au dessus ou au dessous du plan
permet de définir:

le nom de l’ose (orientation différente au niveau C2, C3 et C4); on distingue ainsi le glucose du
galactose par exemple

l’appartenance d'un ose à la série D (le -CH2OH est au dessus) ou à la série L (-CH2OH en
dessous)

si l'ose est sous forme alpha (-OH du C n°1 orienté du côté opposé au –CH2OH) ou bêta (du
même côté). Tant qu'il reste libre, c'est-à-dire non combiné à une autre molécule, l'ose passe
facilement de la forme alpha à la forme bêta ; il n'en est plus de même quand il se lie à d'autres
molécules (d'oses en particulier).
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
Bêta D-glucose
OH
OH
OH
OH
O
OH
Alpha D-glucose
Alpha D-galactose
Les oses se distinguent donc les uns des autres par:
 le nombre d'atomes de carbone
 la nature de la fonction réductrice (aldéhyde ou cétone)
 la position dans l'espace des –OH et du –CH2OH => celle-ci conditionne le nom de l'ose,
l'appartenance à la série D ou L, la nature alpha ou bêta de la forme cyclique.
16
Ces notions de structure sont importantes pour expliquer certaines particularités du métabolisme. Les
enzymes qui jouent un rôle majeur dans les réactions biochimiques, savent en effet reconnaître l'ose qu'on
leur présente; ainsi, il existe des enzymes qui:

"reconnaissent" le glucose et permettent sa transformation, alors qu'elles n'ont aucune action en
présence de galactose, molécule qui pourtant ressemble beaucoup au glucose,

permettent la transformation du D-Glucose, mais pas celle du L-Glucose bien que celui-ci soit son
"frère jumeau".
5.1.2. LES OSIDES (= "SUCRES COMPLEXES")
Ces composés qui sont constitués par liaison de plusieurs oses simples (on parle alors de liaison
osidique), se distinguent les uns des autres par:

le nombre d'oses liés qui permet de définir notamment
-
les disaccharides (= 2 oses liés): ex. saccharose, lactose, maltose
-
les polysaccharides ou polyosides (= le nombre d'oses liés étant supérieur à 10 et pouvant
atteindre plusieurs milliers): ex. amidon, glycogène, cellulose

la nature des oses liés (glucose, galactose, fructose,…)

le mode de liaison des oses entre eux, ce qui implique de savoir
-
les numéros des atomes de carbone participant à ces liaisons
-
si ces oses sont sous forme alpha ou bêta.
Dans le cas des aldohexoses, et donc dans celui du glucose, la liaison osidique s'établit entre:

le C n°1 d'un ose

et un des C porteurs d'une fonction alcool d'une autre molécule d'ose, le plus souvent le C n°4 ou
le C n°6.
C n°1
C n°4
CH2OH
CH2OH
CH2OH
H2O
O
O
OH
OH
O
OH
OH
OH
D – GLUCOSE
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
D - GLUCOSE
Liaison alpha 1 - 4
sous forme alpha
Dans l'exemple précédent,

O
OH
le carbone n°1 du premier glucose se lie au carbone n°4 du second glucose
17
OH

le premier glucose est sous forme alpha (c'est à dire que le –OH du Carbone n°1 est en dessous
du plan du cycle)
 la liaison ainsi formée est dite liaison alpha 1-4.
Les autres liaisons les plus fréquemment rencontrées sont:

la liaison alpha 1-6, si le C n°1 du premier ose qui est sous forme alpha, se lie au carbone n°6 d'un
autre ose,

la liaison bêta 1-4 si le C n°1 du premier ose qui est sous forme bêta, se lie au C n°4 d'un autre
ose.
Ces caractéristiques structurales conditionnent le métabolisme des osides dans l'organisme. Ainsi
s'explique par exemple la différence d'utilisation de l'amylose, qui est un des composants de l'amidon, et
de la cellulose. Cellulose et amylose, apportés par voie alimentaire, sont pourtant tous deux des polymères
de glucose (en quelque sorte des "polyglucoses") dans lequel le C n°1 d'un glucose est lié au C n°4 du
glucose suivant. Cependant, les glucoses sont sous forme béta dans la cellulose, alors qu'ils sont alpha
dans l'amylose; cette différence est essentielle car l'homme:

ne possèdant pas d'enzymes capables de couper les liaisons béta, est incapable de "récupérer" le
glucose qui constitue la cellulose,

dispose d'enzymes ayant la capacité de couper les liaisons de type alpha; l'amylose peut être
hydrolysée, et sa digestion conduit finalement la libération du glucose constitutif qui est aborbé au
niveau intestinal et passe dans le sang.
En termes "de café du commerce", on peut traduire cette notion en disant que "c'est à cause de cette
différence d'accrochage des glucoses entre eux que la pomme de terre fait grossir et pas la salade".
Les principaux osides à connaître sont:

des disaccharides:
 le saccharose (Glucose-Fructose); c'est le "sucre" du commerce
 le lactose (Glucose-Galactose) qui est contenu dans le lait
 le maltose (Glucose-Glucose) qui est formé lors de la digestion de l'amidon

des polysaccharides ou polyosides:
 l'amidon; présent dans les végétaux, il est constitué d’un mélange d’amylose (polymère
linéaire de glucoses liés par liaison alpha 1-4) et d’amylopectine (polymère de glucoses
liés par des liaisons alpha 1-4 et des liaisons alpha 1-6, d’où une structure de forme
arborescente).
 le glycogène; sa structure est très voisine de celle de l'amylopectine, mais il est présent
chez les animaux, principalement au niveau hépatique et musculaire
 la cellulose; constituant de la paroi cellulaire des végétaux, elle est composée de
molécules de glucose liées entre elles par des liaisons bêta 1-4.
18
5.2. LES LIPIDES
5.2.1. GENERALITES
Les lipides de l'organisme diffèrent les uns des autres à la fois par leur structure chimique et leur rôle
biologique:

les triglycérides du tissu adipeux constituent une réserve énergétique de première importance;
ils jouent également un rôle dans la protection thermique ("isolant") et mécanique

les phospholipides et le cholestérol sont des éléments de structure ; ils entrent notamment
dans la constitution des membranes cellulaires

des composés à activités biologiques diverses sont également rattachés aux lipides du fait de leur
structure et/ou de leurs propriétés physiques: ex. hormones stéroïdes, sels biliaires, vitamines
liposolubles, prostaglandines,…
Les lipides sont généralement insolubles dans l'eau, ce qui pose en particulier un problème pour leur
transport dans les milieux biologiques comme le sang, qui sont essentiellement des milieux aqueux.
Ils sont par contre solubles dans des solvants organiques (ex. le trichloréthylène utilisé comme détachant).
Les lipides possèdent des structures chimiques assez différentes les unes des autres, mais ils sont tous
constitués principalement de C, H et O. Leur dégradation conduit donc, comme celle des glucides, à la
production de CO2 et H2O.
5.2.2. LES ACIDES GRAS
Leur structure chimique comporte:

une longue chaîne carbonée constituée uniquement de C et d'H (ex. CH3-CH2-CH2 -…) qui
confère à la molécule son insolubilité dans l'eau; les liaisons entre les C peuvent être simples ou
doubles,

une fonction acide –COOH à l'extrémité qui représente la zone hydrophile (= "qui aime l'eau").
Dans l'organisme, les acides gras existent à l'état libre, mais ils sont surtout présents sous forme combinée
car ils entrent dans la constitution des triglycérides et des phospholipides, molécules dont la structure
est présentée plus loin.
Les acides gras se distinguent les uns des autres sur le plan structural par:

le nombre d'atomes de carbone (au total, celui-ci est généralement un nombre pair),

le nombre et la position de doubles liaisons dans la longue chaîne carbonée; sur cette base, on
définit plusieurs catégories d'acides gras : saturés, mono-insaturés, poly-insaturés.
19
Acides gras saturés

leur chaîne carbonée ne comporte aucune double liaison

les plus fréquents dans la nature sont l'acide laurique (12 C), l'acide myristique (14C), mais surtout,
l'acide palmitique (16 C) et l'acide stéarique (18 C)

ils sont présents dans les graisses animales et végétales

chez l’homme, ils sont soit apportés par l’alimentation, soit synthétisés par l’organisme
Ex.: Acide stéarique (on écrit C18:0, ce qui signifie 18 atomes de carbone et 0 double liaison)
CH 2
CH 2
CH 3
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
COOH
CH 2
Acides gras mono-insaturés

leur chaîne carbonée comporte une seule double liaison. Pour préciser la position de celle-ci, il
existe deux possibilités selon que l'on numérote les atomes de C en partant de l'extrémité –COOH
ou –CH3.
Ainsi l'acide palmitoléïque peut être définit comme:
 C16:1 9, ce qui signifie 16 atomes de carbone, une double liaison positionnée entre le
9ème et le 10ème C en partant du -COOH
 ou C16:1 n-7 (on écrit souvent -7 et on dit alors oméga 7), ce qui signifie 16 carbones,
une double liaison positionnée entre le 7ème et le 8ème C en partant du -CH3.
CH 3
CH 2
CH 2

CH 2
CH
CH
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
COOH
CH 2
les principaux représentants sont l'acide palmitoléïque et l'acide oléïque (C18:1 9 ou C18:1 n-9
ou oméga 9).

ils sont présents dans les huiles végétales, mais aussi dans certaines graisses animales (volailles)

apportés par l’alimentation, ils peuvent généralement aussi être synthétisés par l’organisme chez
l’homme.
Acides gras poly-insaturés

Ils sont caractérisés par la présence de plusieurs doubles liaisons dont les positions permettent
de définir plusieurs familles (oméga 3 et oméga 6 notamment).
Acide alpha-linolénique (C18:3 9, 12,
CH 3
CH
CH
CH 2
n – 3 (oméga-3)
CH
CH 2
CH
15 ou
CH
CH 2
C18:3 n-3)
CH 2 CH 2 CH 2 COOH
CH
20
CH 2
CH 2
CH 2 CH2
Acide linoléique (C18:2 9, 12 ou C 18:2 n-6)
CH 2
CH2
CH 3 CH 2
CH
CH
CH 2
CH
CH
CH 2
CH 2
CH 2
CH2
CH2
CH 2
CH 2
COOH
CH 2
n – 6 (oméga-6)
Acide arachidonique (C20:4 5, 8,
CH 2
CH 3
CH 2
CH2
CH
CH 2
CH
CH2
CH
11, 14 ou
C 20:4 n-6)
CH
CH
CH 2
CH
CH
CH
CH2
CH 2
CH 2
COOH
CH 2
n – 6 (oméga-6)
Les familles n-3 (ou oméga-3) et n-6 (ou oméga-6) renferment des acides gras comme l’acide linoléïque et
l’acide alpha-linolénique, qui sont dits acides gras essentiels. Indispensables au fonctionnement de
l’organisme, ceux-ci ne peuvent être synthétisés chez l’homme car celui-ci ne possède pas d'enzymes
capables de créer une double liaison au-delà du 10ème carbone à partir de l’extrémité -COOH. Ces acides
gras essentiels doivent donc être apportés par l’alimentation.
En revanche, l’homme peut, à partir de ces deux acides gras:

synthétiser des acides gras insaturés à plus longue chaîne en allongeant la chaîne par ajout
d'unités à deux carbones du côté du –COOH

créer des doubles liaisons entre le –COOH et le 9ème carbone à partir de ce –COOH.
=> ainsi, l'acide arachidonique, qui est pourtant un oméga-6, n'est un acide gras essentiel que si
l'alimentation ne contient pas d'acide linoléïque. Le schéma suivant illustre cette filiation.
CH3
COOH
Acide linoléique
Création d’une double liaison
Ajout de 2 carbones
(= élongation)
Création d’une
double liaison
Acide arachidonique
Zone où la création de doubles liaisons est
impossible chez l'homme
Zone où la création de doubles liaisons est
possible chez l'homme
21
5.2.3. LES TRIGLYCERIDES
Ils sont constitués par liaison de trois molécules d'acides gras avec une molécule de glycérol, un composé
à 3 carbones dont un dérivé est produit dans l'organisme par coupure d'une molécule de glucose. Chacune
des trois fonctions alcool que possède le glycérol peut réagir avec la fonction acide d'un acide gras: si un
seul acide gras est lié, il se forme un monoglycéride, deux acides gras, un diglycéride, et trois acides
gras un triglycéride. Les 3 acides gras peuvent être identiques ou différents.
CH 3
CH2-OH H-OOC
COOH HO -C-H
CH3
CH2-OH
CH 3
H-OOC
CH 3
CH2-O-CO
COO -C-H
CH3
CH3
CH2-O-CO
5.2.4. LE CHOLESTEROL ET SES DERIVES
Les atomes constitutifs non indiqués
explicitement sont des C et des H
HO
Sa structure chimique est bien différente de celle des acides gras ou des triglycérides, mais comme eux, il
est insoluble dans l'eau. On le rencontre dans l'organisme soit sous forme libre, soit sous forme combinée
avec un acide gras (le –OH à gauche se liant avec un acide gras).
Le cholestérol n'est pas un constituant énergétique, mais plutôt un lipide de structure puisqu'il est
notamment présent dans la membrane des cellules.
D'autres composés qualifiés de liposolubles car ils sont insolubles dans l'eau, mais solubles dans des
solvants organiques, ont une structure qui rappelle celle du cholestérol:

les acides biliaires; issus de la dégradation du cholestérol, ils sont déversés par voie biliaire dans
l'intestin où ils servent à la digestion des triglycérides apportés par l'alimentation
22

les hormones stéroïdes (testostérone, progestérone, cortisol,…); elles jouent un rôle majeur dans
la régulation du métabolisme, en particulier en modulant l'activité des enzymes

la "vitamine D"; régulatrice du métabolisme du calcium et du phosphore, elle exerce un rôle
important dans la constitution de l'os, l'absorption intestinale du calcium,…
5.2.5. LES AUTRES LIPIDES
La structure de certains lipides comporte, non seulement du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, mais
aussi du phosphore, d'où leur nom de phospholipides. Un grand nombre d'entre eux présentent une
structure chimique qui rappelle un peu celle des triglycérides, mais leur rôle biologique est très différent: les
phospholipides sont essentiellement des constituants structuraux. Ils sont notamment présents dans la
membrane cellulaire. Contrairement aux triglycérides, ils n'ont pas véritablement de rôle énergétique.
G
L
Y
C
E
R
O
L
Acide gras
Acide gras
Acide gras
G
L
Y
C
E
R
O
L
Acide gras
Acide gras
P
X
P est un groupement phosphate
X étant de nature variable selon le
type de phospholipides.
Triglycéride
Glycéro-phospholipide
(un type particulier de phospholipides)
5.3. LES ACIDES AMINES ET LES PROTEINES
Il existe un très grand nombre de protéines de structure et de rôles extrêmement variés. Selon leur nature;
elles peuvent par exemple:

être des constituants de structure (on en trouve notamment dans la membrane cellulaire, le
tissu musculaire,…)

posséder une activité enzymatique ; celle-ci est nécessaire au fonctionnement des voies
métaboliques de synthèse et de dégradation (pratiquement toutes les enzymes sont des
protéines)

avoir une activité hormonale; un certain nombre d'hormones (mais pas toutes) sont des peptides
(ex. insuline, hormone pancréatique participant à la régulation de la glycémie) ou des protéines
(ex. TSH = hormone hypophysaire stimulant la thyroïde)

jouer un rôle de transporteur; ex. l'hémoglobine "transporte" l'oxygène depuis les poumons
jusqu'aux tissus qui l'utilisent pour leur métabolisme; ex. l'albumine présente dans le sang, fixe les
acides gras libérés à partir des triglycérides de réserve du tissu adipeux et les transporte vers les
organes qui les dégradent pour produire l'énergie dont ils ont besoin,...

participer à la régulation du pH de l’organisme ; les protéines possèdent en effet un pouvoir
tampon (= s’oppose aux variations de pH),
23
et cette liste des rôles des protéines est loin d'être limitative.
Les protéines peuvent également être dégradées en vue de la production d'énergie. Cependant, il n'y a
pas véritablement de forme spécifiquement dédiée à la mise en réserve de protéines qui soit équivalente à
celle existant pour les glucides (glycogène hépatique et musculaire), ou pour les lipides (triglycérides
adipocytaires). Les protéines qui peuvent être dégradées à des fins énergétiques, sont essentiellement des
protéines constitutives de la structure des tissus ; c'est donc au détriment de cette structure que se fera la
production énergétique.
La structure chimique des protéines renferme:
- comme celle des glucides et des lipides, du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Le
métabolisme de cette fraction hydrocarbonée rejoint donc à un moment donné celui des glucides et
des lipides, et aboutit finalement à la production de CO 2, d'H2O et d'énergie
- de l'azote. La fraction azotée est essentiellement éliminée sous forme d'urée ou d'ammoniaque et ne
subit donc pas une oxydation complète lors du catabolisme dans l'organisme ; en effet, une oxydation
complète conduirait à produire du NO2, or l'ammoniac formé a pour formule NH3. Du fait de cette
"combustion" incomplète des protéines, une partie de l'énergie potentiellement contenue dans les
molécules n'est pas récupérée lors de la dégradation (avec les glucides ou les lipides, la "combustion"
est en revanche complète puisque il n’existe que deux produits finaux, le CO2 et l'H2O).
5.3.1. LES ACIDES AMINES
Les acides aminés sont les molécules de base qui, en se liant les unes aux autres, constituent les
protéines.
Leur structure comporte une fonction acide –COOH et une fonction amine –NH2, ces deux fonctions
étant portées par le même atome de carbone:
R
H – C – COOH
NH2
R est constitué principalement de C, H et O. Sa structure varie selon la
nature de l'acide aminé: il existe une vingtaine d'acides aminés différents
qui entrent dans la constitution des protéines.
ex. R= CH2-CH3 - dans le cas de l'acide aminé nommé VALINE.
5.3.2. LES PEPTIDES ET LES PROTEINES
La liaison de plusieurs acides aminés (AA) entre eux conduit à la synthèse de peptides (moins d'une
vingtaine d'AA), ou de protéines (plus de 20 AA).
La fonction acide d'un AA se lie à la fonction amine de l'AA suivant, ce qui crée une liaison peptidique.
24
Liaison peptidique
R
R'
H2N – C – COOH
H2N – C – COOH
H2N – C – CO
H
H
Acide aminé 1
R'
R
HN – C – COOH
H
H
Acide aminé 2
Il se forme ainsi des chaînes plus ou moins longues, dont la diversité résulte:

du nombre et de la nature des acides aminés présents (donc des R, R’,…)

de l'ordre dans lequel ces acides aminés sont liés; le nombre et la nature des acides aminés
peuvent être identiques, mais si l'ordre est différent, la protéine est différente.
R
R'
R"
……– NH – CH – CO – NH – CH – CO – NH – CH – CO - …..
Les 4 liaisons "autour" du C (une avec H, une avec N du NH, une avec C du CO, et une avec R) étant
dirigées dans tout l'espace, la molécule n'est pas plane; elle se déploie dans un « espace 3D ». La chaîne
protéique « « basale » (= la séquence des différents acides aminés qui constitue ce qu'on appelle la
structure primaire) ne se positionne pas de façon complètement linéaire. Elle subit un premier niveau de
repliement formant ce qu'on appelle la structure secondaire. Celle-ci se "pelotonne" encore sur elle
même, constituant ainsi une structure plus compacte, la structure tertiaire. Enfin, il arrive parfois que
plusieurs chaînes ainsi repliées s'associent pour constituer une structure plus complexe, la structure
quaternaire.
REPRESENTATON TRES SCHEMATIQUE DES DIFFERENTS TYPES DE STRUCTURE
STRUCTURE: primaire
secondaire
tertiaire
quaternaire
Les structures secondaires, tertiaires et quaternaires sont stabilisées notamment par des liaisons faibles
s’établissant entre des radicaux -R qui appartiennent à des acides aminés pourtant éloignés dans la
chaîne, mais que le repliement de celle-ci rapproche spatialement; par exemple, une liaison faible peut
exister entre un -R possédant un groupement chimique chargé négativement et un -R' voisin possédant
une charge électrique positive. La configuration spatiale (= disposition dans l'espace) d'une protéine peut
jouer un rôle important dans sa fonction biologique; ainsi, la structure quaternaire de l'hémoglobine, une
protéine qui est constituée de 4 chaînes protéiques associées entre elles par des liaisons faibles, influence
très fortement l'aptitude de cette protéine à fixer l'oxygène au niveau des poumons et à le libérer au niveau
des tissus qui utilisent cet oxygène pour faire fonctionner leur "chaudière à énergie".
25
5.4. LES NUCLEOTIDES ET LES ACIDES NUCLEIQUES
En associant les trois types de constituants suivants:

un ose, qui est assez souvent le ribose,

un groupement phosphate,

une molécule azotée appartenant à une catégorie particulière de composés désignés sous le
terme de "bases azotées" (la structure de ces constituants est très différente de celle des acides
aminés ou des protéines),
il est possible de former un certain nombre de composés d'importance biologique majeure qui sont des
nucléotides ou des polynucléotides.
5.4.1. STRUCTURE GENERALE
Nucléoside
Base azotée
Nature variable des :
Ose
- bases azotées (molécules contenant de l’azote mais
qui ne sont pas des acides aminés ou des protéines)
- oses (souvent des oses à 5 carbones : ribose,
désoxyribose,…)
Nucléotide
Base azotée
Ose
P
P Preprésente un groupement phosphate; il possède 4 possibilités de liaisons
5.4.2. AMP CYCLIQUE (AMPC)
Adénine
Ribose
P P
AMP signifie Adénosine Mono-Phosphate (l’adénosine est le nucléoside constitué d’adénine et de ribose)
Le phosphate est doublement lié au ribose par deux liaisons simples différentes, ce qui crée une sorte de
cycle d’où le nom de ce composé.
L’AMPc joue notamment un rôle de messager intra-cellulaire de certaines hormones: la présence de
l’hormone à l’extérieur de la cellule induit la formation d’AMPc à l'intérieur de la cellule, et cet AMPc module
l’activité métabolique dans la cellule. Quand l'hormone n'est plus présente, le cycle de l'AMP se rompt et
l'AMP "non cyclique" formé n'a plus d'effet.
5.4.3. ATP (ADÉNOSINE TRI-PHOSPHATE)
Adénine
P P
Ribose
P P
P P
Un premier phosphate est lié à un deuxième, qui lui-même, est lié à un troisième. Les liaisons entre les
phosphate sont dites « riches en énergie », tout particulièrement celle liant le dernier P. Leur rupture libère
beaucoup d’énergie qui peut servir à réaliser différents processus métaboliques. L’ATP fonctionne comme
une pile électrique chargée qui, lorsqu’elle est utilisée, se décharge en se transformant en ADP avec perte
d’un P.
ATP
ADP + P + Energie
ADP + P + Energie
26
ATP
5.4.4. NAD (NICOTINAMIDE ADENINE DINUCLEOTIDE)
Nucléotide
Adénine
Nicotinamide
Ribose
P
Ribose
P
Nucléotide
Deux nucléotides sont liés (d'où le terme de dinucléotide) par une liaison entre les deux phosphate.
Ce composé joue un rôle majeur dans les réactions d’oxydo-réduction : il sert de "navette à
hydrogène", fixant l’hydrogène libéré lors de réactions d’oxydation et s'en "déchargeant" notamment
au niveau de la chaîne respiratoire ce qui permet de produire de l'énergie.
5.4.5. LES ACIDES NUCLEIQUES
Base azotée
Base azotée
Base azotée
Base azotée
Base azotée
Ribose
Ribose
Ribose
Ribose
Ribose
P P
P
P P
P
P P
et ainsi de suite
Les acides nucléiques sont des polynucléotides dans lesquelles les nucléotides sont liés
entre eux par les phosphates.
Il existe deux types d'acides nucléiques, les ARN et les ADN, qui se distinguent par leur rôle
biologique et leur composition chimique.
Une chaîne polynucléotidique est caractérisée par la nature de l’ose, ainsi que par l’ordre et
la nature des bases azotées.
Ose
Base
A.N.
Ribose
Adénine, Guanine, Cytosine, Uracile
ARN
Désoxyribose
Adénine, Guanine, Cytosine, Thymine
ADN
27
ADN (= acides désoxyribonucléiques)
Base chimique de l’hérédité, ils constituent les gènes qui sont les unités fondamentales de l’information
génétique. Ils dirigent la synthèse des ARN messagers qui à leur tour, contrôlent celle des protéines.
Les ADN sont le plus généralement constitués
de 2 chaînes polynucléotidiques liées entre
elles par des liaisons faibles (en pointillés sur
le schéma) s’établissant entre les bases d’un
« brin » et celle de l’autre « brin ».
Base
Ose
Phosphate
ARN (= acides ribonucléiques)
Les ARN ne sont constitués que d'un seul brin (une seule chaîne nucléotidique). Il existe plusieurs types
d'ARN qui ont des fonctions biologiques différentes, mais qui tous interviennent dans la synthèse des
protéines (se reporter au chapitre consacré à ce sujet).
ARN de transfert (ARNt)
L'ARNt sert à positionner correctement les acides aminés dans la "machine à synthétiser les protéines";
pour cela, les molécules d'ARNt possèdent deux sites de liaison:
un site où se fixe l'acide aminé
un ARNt donné lie spécifiquement un
acide aminé bien précis; il existe
plusieurs ARNt différents correspondant
chacun à un acide aminé particulier
un site pour la fixation sur l'ARN
messager
chaque ARNt reconnaît et se fixe sur
une
séquence
particulière
de
l'ARNm.
ARN messager (ARNm)
L'ARNm renferme l'information nécessaire au bon assemblage des acides aminés pour constituer une
protéine donnée, autrement dit, indique au moment où s’effectue la synthèse de la protéine, la nature des
acides aminés et l'ordre dans lequel ils doivent être intégrés. Cette information lui a été transmise par
l’ADN.
ARN ribosomial (ARNr)
Il entre dans la constitution des ribosomes qui sont des structures cellulaires au sein desquelles s'effectue
la synthèse des protéines. C'est au niveau des ribosomes que seront regroupés les éléments nécessaires
à cette synthèse: ARNt sur lesquels sont liés les acides aminés et ARNm qui donne la « recette » de
fabrication de la protéine.
Pour mieux comprendre le rôle de chaque type d'ARN, se reporter au chapitre Synthèse des protéines.
28
6. GENERALITES SUR LES REACTIONS
BIOCHIMIQUES
ET LES VOIES DU METABOLISME
6.1. NOTIONS D’ENZYMOLOGIE
6.1.1. QU'EST CE QU'UNE ENZYME?
Une enzyme est un catalyseur biologique, ce qui signifie qu’une enzyme:

accélère une réaction au cours de laquelle un composé (S) appelé substrat de l'enzyme, est
transformé en composé P appelé produit de la réaction

se retrouve intacte à la fin de la réaction; de ce fait, elle peut servir pratiquement indéfiniment et
de petites quantités suffisent au bon fonctionnement des voies métaboliques

est spécifique d'un substrat donné et d'une réaction (ou d'un type de réaction) donnée, ce qui
permet de définir plusieurs grandes catégories d'enzymes en fonction du type de réaction (voir
plus loin)

est un composé biologique dont l’activité peut être régulée (par la température, les conditions
métaboliques du milieu, les hormones,….). Ceci permet aux voies métaboliques de fonctionner
plus ou moins rapidement et efficacement selon les conditions du milieu et les besoins de
l’organisme.
Les enzymes sont pratiquement toujours des protéines (mais toutes les protéines ne sont pas des
enzymes).
Une région particulière de la molécule d'enzyme constitue le site actif: par repliement de la chaîne
protéique, il se forme une sorte de "poche" au niveau de laquelle se positionne le substrat S; c'est là qu'il
est transformé en produit P. Il se constitue donc transitoirement un complexe Enzyme–Substrat. Une fois
la réaction chimique terminée, le produit P (P) est libéré dans le milieu et l'enzyme (E) qui n'a subi aucune
modification chimique à la fin de la réaction, est à nouveau prête à fixer une nouvelle molécule de substrat.
La réaction enzymatique la plus simple peut être écrite:
E+S
E-S
E+P
Chaque enzyme est caractérisée notamment par:

sa spécificité pour le substrat. Cette spécificité tient à la capacité et à la facilité qu'a le substrat
de prendre sa place au niveau du site actif (on parle à ce propos d'un modèle clé-serrure).
Certaines enzymes ne reconnaissent qu'un seul substrat bien précis, d'autres sont plus
"tolérantes" et acceptent des substrats de structure voisine: ex. la glucokinase est très spécifique
29
du glucose, alors que l'hexokinase, qui catalyse le même type de réaction que la glucokinase, agit
avec le glucose, mais aussi avec le fructose

son affinité pour le substrat; cette propriété traduit la plus ou moins grande attirance de E pour S.
Si cette affinité est grande, S est fortement attiré au niveau du site actif et la production de P est
très active; en revanche, si l'affinité est faible, S ayant peu tendance à se fixer sur l'enzyme, la
formation de P est donc moins active.
Ces deux caractéristiques jouent un rôle particulièrement important dans la régulation du métabolisme,
comme l'illustre l'exemple suivant:

l'hexokinase, qui n'est pas spécifique du glucose, possède en revanche une forte affinité pour ce
composé; elle est donc toujours active même lorsque la concentration en glucose est faible
(puisque l'affinité est grande). Présente dans toutes les cellules, cette enzyme catalyse la
première réaction d’une voie métabolique qui conduit à la production d'énergie: ce processus
pourra donc toujours se dérouler, même lorsque le taux de glucose sanguin sera bas.

la glucokinase est très spécifique du glucose, mais son affinité pour cet ose est faible; elle ne
"fonctionnera" efficacement que si la concentration en glucose est suffisamment forte, c'est-à-dire
notamment après un repas, au moment où l'organisme dispose de grandes quantités de glucose
provenant de l’alimentation. Le foie qui contient de la glucokinase, ne synthétisera du glycogène
que lorsque la glycémie sera forte.
Certaines réactions enzymatiques peuvent "fonctionner" dans les deux sens; autrement dit, une même
enzyme peut catalyser la transformation de A en B ou de B en A, les conditions du milieu et les besoins de
la cellule orientant la réaction plutôt dans un sens ou dans l'autre. Ces réactions sont dites réversibles.
D'autres par contre, ne "fonctionnent" que dans un sens: elles sont irréversibles; dans ce cas, pour
réaliser la réaction inverse, il faut soit disposer d'une enzyme différente catalysant la réaction inverse (B =>
A), soit faire appel à une série de réactions pour "court-circuiter" la réaction irréversible (ex. B => X => Y
=> Z => A).
6.1.2. LES COENZYMES
Certaines enzymes ne peuvent agir seules; elles ont besoin de "compagnons": ces composés sont appelés
coenzymes. A la différence des enzymes:

les coenzymes ne sont pas des protéines,

le plus souvent, leur structure chimique est modifiée au cours de la réaction. Cependant, une
autre réaction (dite réaction couplée) ou une série de réactions (couplées) permet de les ramener
à leur état initial: ces coenzymes ne font donc que prendre en charge transitoirement un
groupement chimique.
Dans le cas des oxydo-réductions, les réactions peuvent être ainsi représentées:
A-H
Enzyme n°1
A
B-H
Coenzyme
Enzyme n°2
B
Coenzyme - H
30
A est oxydé par enlèvement d’H
qui est transféré sur le coenzyme ;
puis celui-ci donne l’H à B qui est
ainsi réduit.

un coenzyme donné peut servir à plusieurs enzymes différentes. On distingue ainsi les
coenzymes:
 d'oxydo-réduction qui assure le transfert d'hydrogène: ex. le NAD et le NADP dont la structure
renferme de la niacine (= vitamine PP ou B5), le FAD (dont la structure renferme de la
riboflavine= vitamine B2),…
 de transfert de groupements carbonés comme:
 du CO2; la biotine et la thiamine (= vitamine B1) sont au nombre des coenzymes qui
interviennent dans les réactions de carboxylation (= ajout de CO2) ou de décarboxylation (=
enlèvement de CO2)
 des groupements monocarbonés comme –CH3; au nombre de ces coenzymes, on peut
citer l'acide folique et la vitamine B12
 des groupements possédant plusieurs carbones: parmi ces coenzymes, on trouve la
vitamine B6 et le Coenzyme A dont la structure renferme de l'acide pantothénique
(=vitamine du groupe B).
Comme on peut le voir, plusieurs de ces coenzymes sont des vitamines ou contiennent une
vitamine dans leur composition.
6.1.3. QUELQUES GRANDES CATEGORIES D’ENZYMES
Déshydrogénases et oxydases
Elles catalysent les réactions de transfert d'hydrogène. Rappelons que l'enlèvement d'H correspond à
une oxydation, l'addition d'H à une réduction.
Dans l'exemple suivant, l'hydrogène enlevé à l'acide lactique (l'enzyme est donc appelée Lacticodehydrogénase ou Lactate-dehydrogénase ou LDH) est pris en charge par le NAD; l'acide lactique est
oxydé en acide pyruvique. Le NADH2 formé peut ensuite se décharger de son hydrogène en le donnant à
d'autres molécules, ce qui permet de régénérer du NAD utilisable pour oxyder de nouvelles molécules
d'acide lactique. Dans l'organisme, cette réaction peut selon les circonstances, se dérouler dans un sens
(lactate => pyruvate) ou dans l'autre (pyruvate => lactate; dans ce cas, l'H qui se combine au pyruvate est
apporté par du NADH2 , l'enzyme est toujours la LDH car la réaction est réversible).
NAD
NAD
H2
H
CH3 – C - COOH
CH3 – C - COOH
OH
LACTATE-DESHYDROGENASE
O
Acide pyruvique (ou pyruvate)
Acide lactique (ou lactate)
31
Kinases
Elles catalysent les réactions de transfert d’un groupement phosphate de l'ATP sur un substrat:

l'ATP (adénosine tri-phosphate) perd un phosphate et devient de l'ADP (adénosine di-phosphate)

le substrat est phosphorylé; l'énergie nécessaire à la fixation du phosphate sur le substrat provient
de la coupure de la liaison du phosphate de l'ATP (c'est, de manière très simpliste, comme si le P
libéré par coupure de l'ATP « emportait » avec lui l'énergie suffisante pour qu’il se "colle" au
substrat)

généralement, la réaction n'est pas réversible: la réaction inverse nécessite de faire appel à une
enzyme différente (une enzyme qui enlève un phosphate est une phosphatase).
La glucokinase et l'hexokinase, déjà évoquées précédemment, sont deux exemples de cette catégorie
d'enzymes:
ATP
ADP
Liaison riche en énergie ou très riche en énergie
Adénosine
Ribose
P
P
Adénosine
P
Ribose
GLUCOSE
GLUCOSE
GLUCOKINASE
P
P
P
La molécule formée est le glucose 6-phosphate
car le groupement phosphate se lie au C n°6 du
glucose
ou HEXOKINASE
Phosphatases
Les phosphatases représentent une catégorie particulière d'hydrolases, c'est à dire d'enzymes qui
catalysent la coupure d'une liaison par l'eau. Plus précisément, les phosphatases scindent la liaison
engageant un groupement phosphate; celui-ci est libéré dans le milieu. Ce phosphate ne "possède" pas
suffisamment d'énergie pour pouvoir se lier à une molécule comme l'ADP et permettre ainsi de former de
l'ATP. Le phosphate est donc simplement libéré dans le milieu sous forme d'un ion phosphate.
La glucose 6-phosphatase est un exemple de cette catégorie d'enzymes:
.
P
Ion Phosphate
Glucose 6-Phosphate
GLUCOSE
P
GLUCOSE
GLUCOSE 6-PHOSPHATASE
Cette réaction est essentielle pour permettre au glucose mis en réserve dans le foie de servir à
l'approvisionnement glucidique des organes dits gluco-dépendants (= c'est à dire qui utilisent
exclusivement ou presque le glucose comme source énergétique).
La voie est:
Glycogène (foie) => => Glucose 6-P => Glucose qui sort du foie, passe dans le sang => vers
d'autres organes
32
Isomérases
Elles catalysent les réactions d'isomérisation, c'est à dire la transformation d'un composé A en un composé
B qui possède la même formule chimique brute, mais une formule développée différente. Ainsi, le glucose
et le fructose sont tous deux des oses de formule brute C 6H12O6, mais l'un est un aldose et l'autre un
cétose et donc leur formule chimique développée est différente (voir Structure des glucides); le passage de
l'un à l'autre est une isomérisation.
Aminotransférases (ou transaminases)
Ces enzymes catalysent le transfert d'un groupement aminé –NH2 d'un composé sur un autre qui est
généralement un composé comportant une fonction cétone.
Acide aminé
Acide cétonique
R – CH - COOH
R –C - COOH
O
NH2
R’ - CH - COOH
R’– C - COOH
O
NH2
Acide cétonique
Acide aminé
Cette réaction joue un rôle particulièrement important dans le métabolisme des acides aminés et dans les
processus d'élimination de l'azote provenant de la dégradation des protéines.
Carboxylases et décarboxylases
Une carboxylase catalyse
CO2 sur un composé.
CO2
Pyruvate
CH3-CO-COOH
la
fixation
de
Une décarboxylase catalyse l'enlèvement de
CO2.
CO2
Oxalo-actétate
Acide aminé
R – CH – NH2
HOOC-CH2-CO-COOH
COOH
(Coenzyme= Biotine)
Cette réaction assure la formation d'oxalo-acétate
nécessaire notamment au fonctionnement du
cycle de Krebs (donc à la production d'énergie).
33
Amine
R – CH2 – NH2
(Coenzyme= Vitamine B6)
Cette réaction du métabolisme des acides aminés
conduit par exemple, si l'acide aminé est
l'histidine, à la production d'histamine qui joue un
rôle au cours de l'allergie.
6.1.4. REGULATION DE L’ACTIVITE ENZYMATIQUE
L'activité d'une enzyme peut être modulée par:

la température; chaque enzyme possède une température optimale d'action

le pH (= "l'acidité") du milieu; comme pour la température, il existe un pH optimum d'action
caractéristique de chaque enzyme. Le rôle du pH est important au cours de la digestion, car le pH
varie fortement tout au long du tube digestif (très acide dans l’estomac, alcalin ensuite).

la présence d'inhibiteurs. L’inhibition qui en résulte peut être :
 REVERSIBLE : dans ce cas, l’inhibiteur se lie à l’enzyme par des liaisons faibles. Il peut s’agir
 d’un inhibiteur compétitif. Il présente généralement une similitude de structure avec le
substrat, ce qui lui permet de prendre la place de celui-ci au niveau du site actif, mais
contrairement au substrat, l'inhibiteur n'est pas transformé. En conséquence, moins de
substrat se lie à l'enzyme, donc moins de produit est formé: la réaction enzymatique est
inhibée. Pour faire disparaître cet effet, il suffit le plus souvent d'augmenter la quantité de
substrat dans le milieu: si celle-ci devient suffisamment importante, l'inhibiteur est "minoritaire"
et l'enzyme fixe principalement les molécules les plus abondantes dans le milieu, c'est à dire
celles de substrat.
 d’un inhibiteur non-compétitif: en se liant à l'enzyme dans une zone qui n'est pas le site actif, il
n'empêche pas la fixation du substrat, mais toutes les molécules d’enzyme sur lesquelles s’est
fixé l’inhibiteur sont inactives ; tout se passe comme si le milieu contenait moins d’enzyme.
Cette inhibition peut être supprimée uniquement en enlevant l'inhibiteur du milieu.
 IRREVERSIBLE : l’inhibiteur se lie de manière définitive par une liaison covalente (donc forte) à un
groupement indispensable à l'activité de l'enzyme.

la présence d'activateurs dont les modes d'action peuvent être assez variés puisqu'il peut s'agir
d'une:
 stabilisation de l'enzyme dans une conformation (= présentation dans l'espace) favorable à son
activité; c'est le cas par exemple d'ions métalliques comme ceux de magnésium, de calcium,…
 modification de la structure chimique de l'enzyme; présente au départ dans le milieu sous une
forme inactive, l'enzyme est convertie en une forme véritablement active par suite d'une
transformation de sa structure chimique. Deux exemples illustrent ce type de régulation:
-
ex. certaines enzymes digestives sécrétées sous forme inactive (on parle alors de
proenzyme) sont activées par coupure de la chaîne protéique qui les constitue; ainsi, le
trypsinogène est transformé en trypsine active
-
ex. certaines enzymes possédant un groupement chimique capable de lier un phosphate,
existent sous deux formes, une phosphorylée et une non phosphorylée, l'une étant active,
l'autre pas. Le passage de l'une à l'autre de ces formes est possible et participe à la
régulation du métabolisme.
34

La distribution des enzymes dans les différents compartiments cellulaires est également un
élément important pour la régulation des voies métaboliques. Il faut en effet que les substrats
puissent "accéder" aux enzymes chargées de les transformer: si une enzyme se trouve dans les
mitochondries, son substrat doit d'abord pénétrer dans ces organites.
6.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
METABOLIQUES
DES
VOIES
6.2.1. REACTIONS EN CHAINE
Dans l'organisme, les réactions, qui sont le plus souvent des réactions enzymatiques, se déroulent
généralement en chaîne: le produit formé au cours d'une réaction sert de substrat pour la réaction
suivante:
A
E1
B
E2
C
E3
D
E4
Ex
X
Très souvent, un composé peut servir dans plusieurs voies métaboliques:
A
E2
E1
C
E3
D
E4
Ex
E"4
E"y
X
B
M
E"2
N
E"3
Y
Enfin certaines voies fonctionnent "en boucle":
B
Le composé A réagit avec le composé S pour former le
composé B qui est ensuite transformé en C.
C est à son tour métabolisé en produisant deux composés: P
qui "sort" du cycle et D qui, lui-même, est ensuite transformé
en A.
=> Le bilan global est donc que S est transformé en P, puisque
A utilisé au départ est reformé à la fin du tour de cycle (c'est le
principe du cycle de Krebs).
S
A
C
D
P
6.2.2. REGULATION CONCERTEE
L'activité des voies métaboliques est régulée pour "adapter l'offre à la demande" et répondre aux
besoins des cellules:

dans le 1er exemple de voie métabolique présenté ci-dessus, si la cellule:
 a besoin de X, alors la voie doit être stimulée
35
 n'a plus besoin de X, elle doit être inhibée et le plus" économique" est alors de ralentir la
transformation de A en B afin d'éviter des réactions "inutiles" (B => C => D ….), d'autant que A
peut éventuellement servir à autre chose => la régulation porte donc sur l'activité de l'enzyme
au départ de la chaîne de réactions, c'est-à-dire celle qui transforme A en B

cependant, la régulation ne doit pas obligatoirement porter sur la toute première réaction de la
voie comme l'illustre le 2ème exemple. Si X est excédentaire par rapport aux besoins de la cellule, il
est inutile de continuer à le produire; si l'enzyme inhibée est celle qui catalyse la réaction A => B,
alors la production de Y est également diminuée ce qui n'est pas obligatoirement une bonne
chose pour la cellule. Dans ce cas, il est plus logique pour satisfaire les besoins de l'organisme
que la régulation porte plutôt sur E2 de façon à bloquer la production de X, tout en permettant
celle de Y.
L'exemple suivant illustre ce type de régulation. Après un repas, l'alimentation riche en amidon
apporte de grandes quantités de glucose qui sert à satisfaire les besoins en énergie des cellules
(=production d’ATP); quand ceux-ci sont couverts, la production d'ATP peut être ralentie. Si
l'inhibition porte sur l'enzyme HK (hexokinase) qui transforme le glucose en glucose 6-P, la
synthèse de glycogène qui se fait également à partir du glucose 6-P, sera elle aussi diminuée; or,
il est intéressant pour l'organisme que le glucose non utilisé pour la production d'énergie soit mis
en réserve afin de servir plus tard en période de jeûne. La régulation de la voie conduisant à la
production d'énergie va donc plus logiquement porter sur une enzyme située après la
"bifurcation": l'ATP dont la concentration est le témoin du niveau énergétique de la cellule, inhibe
l'enzyme PFK (phospho-fructokinase). Le glucose 6-P qui ne s'engage plus vers la production
d'énergie, est alors utilisé pour la synthèse de glycogène.
INHIBITION
Acétyl-CoA
Glucose
PFK
HK
ATP
(=Production d'énergie)
Glucose 6-P
Glycogène (= constitution de
réserves en glucose)
36
7. LES PRINCIPALES VOIES METABOLIQUES
7.1. METABOLISME DES GLUCIDES
7.1.1. SCHEMA GENERAL
GLUCIDES ALIMENTAIRES
(Amidon, Saccharose)
Pentoses-Phosphate
(notamment le RIBOSE 5-P
nécessaire à la synthèse de
nucléotides - ATP, ARN,…
DIGESTION
GLUCOSE (6C)
VOIE DES
PENTOSES
GLYCOGENE
NADPH2 => pour la synthèse
d'acides gras par ex.
GLYCOGENOLYSE
= dégradation du glycogène
Glucose 6-Phosphate
GLYCOGENOGENESE
= synthèse du glycogène
LIPIDES
ACIDE GLUCURONIQUE
(permettant l'élimination de composés
non solubles dans l'eau)
2 x Triose-Phosphate (3C)
GLYCEROL-P
GLYCOLYSE
NEOGLUCOGENESE
= DEGRADATION ANAEROBIE DU
GLUCOSE
Glucose =>Pyruvate - Ensemble des
flèches noires épaisses
= SYNTHESE DE GLUCOSE A
PARTIR DE MOLECULES A 3 C
Ensemble des flèches blanches
2 x PYRUVATE (3C)
ALANINE
2 x CO2 (1C)
2 x (2 x CO2)
PROTEINES
2 x Lactate (3C)
2 x ACETYL-CoA
(2C)
LIPIDES
Cycle de Krebs
+ Chaîne
respiratoire
ENERGIE
2 x (2 x H2O)
37
7.1.2. DIGESTION DES GLUCIDES ALIMENTAIRES
Nature des glucides alimentaires
Polyosides

l'amidon essentiellement (environ 300 g/j)

le glycogène ne constitue pas une source d'apport en glucose très importante même chez les
"gros mangeurs de viande", car il est en grande partie dégradé entre le moment où l'animal de
boucherie est tué et celui où la viande est consommée

la cellulose est présente en grande quantité dans notre alimentation. Comme l'amidon, c'est un
polymère de glucose, mais le mode de liaison des glucoses entre eux y est différent. L'homme ne
possédant pas d'enzymes digestives capables de couper les liaisons bêta 1-4 ; la cellulose
ingérée transite donc dans l'intestin sans subir d'importantes dégradations (hormis celles causées
par les bactéries intestinales). Elle ne présente donc pas d'intérêt énergétique pour l'homme et ne
joue qu'un rôle d'aliment de lest facilitant le transit intestinal.
Disaccharides

le saccharose, appelé "sucre" dans la vie courante (environ 50 g/j), apporte du glucose et
fructose

le lactose du lait (environ 30 g/j) apporte du glucose et du galactose.
Oses à l'état libre

le fructose des fruits

le glucose (moins de 2 g/j); cet ose physiologiquement majeur est apporté dans l'alimentation
essentiellement sous une forme combinée dans les polyosides, et de manière extrêmement
minoritaire sous forme libre.
Etapes de la digestion
Les oses simples sont pratiquement les seuls à pouvoir être absorbés au niveau intestinal; les
disaccharides et l’amidon doivent donc être hydrolysés au cours de leur transit dans le tube digestif.
Pour l’amidon, comme il existe deux types de liaison (alpha 1-4 et alpha 1-6), il faut faire appel à deux
types d’enzymes différentes :

des amylases provenant des glandes parotides et du pancréas, pour couper les liaisons alpha 14 ; elles agissent un peu partout au niveau de la chaîne, le plus vite possible pendant que le bol
alimentaire transite dans l’intestin

des dextrinases ou alpha 1-6 glucosidases, présentes dans la paroi intestinale pour les liaisons
alpha 1-6.
L’action combinée de ces enzymes conduit finalement à la libération de petits polymères composés de 2
ou 3 molécules de glucose (respectivement le maltose ou le maltotriose). Une maltase présente au niveau
des cellules de la paroi intestinale hydrolyse ces composés en libérant du glucose qui peut franchir la
barrière intestinale et passer dans le sang.
38
ALIMENTS
BOUCHE
AMIDON
GLANDES
Amylases
SALIVAIRES
salivaires
Les amylases coupent les liaisons alpha 1-4
PANCREAS
(mais pas les alpha 1-6)
Amylases
pancréatiques
INTESTIN
Enzymes de la
Les "branchements" (alpha 1-6)
gênent l'action des amylases: ils sont
"coupés" par la dextrinase qui libère
des fragments linéaires comportant
uniquement des liaisons alpha 1-4 ;
les amylases peuvent alors continuer
leur action d’hydrolyse.
PAROI INTESTINALE
"Dextrinase"
(coupe alpha 1-6)
Maltase
DEXTRINES
Maltotriose
MALTOSE
SANG
Autres glucides alimentaires:
GLUCOSE
Absorption
GLUCOSE
39
- le saccharose est hydrolysé en
Glucose et Fructose par la
saccharase (ou invertase) de la paroi
intestinale
- le lactose en Glucose et Galactose par
la lactase de la paroi intestinale
7.1.3. GLYCOLYSE
Généralités
Cette voie métabolique de dégradation du glucose:

correspondant à une oxydation du glucose en 2 molécules de pyruvate
C6H12O6 => 2 x CH3-CO-COOH (soit 2 x C3H4O3 autrement dit 6C 8H 6O)
il y a donc bien une perte d'H qui est pris en charge par une "navette" à H, le NAD, d’où la
formation de NADH2. Bien qu'il s'agisse d'une oxydation, la présence d'oxygène n'est pas
nécessaire: la glycolyse est une voie anaerobie.

est productrice d'énergie
 directement, car elle génère 2 ATP pour chaque molécule de glucose dégradée
 indirectement: le NADH2 produit "décharge" ses H dans la chaîne respiratoire et le
pyruvate formé peut être dégradé en acétyl-Coenzyme A, une molécule qui est ensuite
oxydé dans le cycle de Krebs. Ces deux processus métaboliques, la chaîne respiratoire et
le cycle de Krebs sont générateurs d'énergie (ils sont décrits plus loin dans le polycopié).

est présente dans toutes les cellules de l'organisme; dans certains tissus, c'est même la seule
voie métabolique assurant la production d'énergie (c'est pourquoi ces tissus comme le globule
rouge sont dits gluco-dépendants).
Les étapes
"L'activation" du glucose
Deux enzymes sont capables de catalyser la première réaction de cette voie métabolique.
GLUCOSE
P
P
P
 Présente dans tous les tissus
 Faible spécificité (donc active aussi avec d'autres oses à 6C)
ATP
HEXOKINASE
 Forte affinité (active même si la quantité de glucose présent est
faible => alimente en glucose 6-P, et donc en substrat énergétique,
les tissus même si la glycémie est basse)
OU
 Présente essentiellement dans le foie
 Forte spécificité (donc active seulement sur le glucose)
ADP
GLUCOKINASE
P
P
 Faible affinité (n'est active très efficacement que si la concentration
en glucose est forte, donc après un repas par exemple => permet la
mise en réserve de l'excédent de glucose non utilisé pour les besoins
énergétiques sous forme de glycogène hépatique)
 Activité modulée par l'insuline
GLUCOSE 6- PHOSPHATE
40
Cette étape consomme de l'énergie (ATP => ADP) ce qui est paradoxal si on considère que la glycolyse
est une voie métabolique sensée conduire justement à la production d'énergie; cette réaction est
cependant nécessaire pour, en quelque sorte, rendre le glucose plus réactif et permettre la suite de sa
dégradation.
D'autres voies métaboliques nécessitent également comme première étape, la conversion du glucose en
glucose 6-phosphate; c'est le cas par exemple de la synthèse du glycogène (= glycogénogénèse). Le
devenir du glucose 6-P dans les tissus dépend donc des besoins de ceux-ci:

s'ils sont en situation de demande énergétique, la glycolyse est privilégiée

si leurs besoins énergétiques sont couverts, le glucose 6-P se dirige vers la constitution de
réserve (foie ou muscles), et donc notamment vers celle de glycogène.
Cette orientation vers l'une ou l'autre des voies métaboliques est obtenue par régulation des enzymes:
l'ATP dont la concentration est le témoin du niveau énergétique de la cellule, inhibe l’enzyme qui catalyse
la première réaction véritablement spécifique de la glycolyse : il ne s’agit donc ni de la glucokinase, ni de
l'hexokinase, mais d’une enzyme (la PFK) située plus en aval dans la chaîne réactionnelle.
Coupure de la molécule à 6 carbones en deux molécules à 3 carbones
GLUCOSE 6-P
Simple changement de forme de la molécule, le glucose et le fructose ayant
la même formule C6H12O6
FRUCTOSE 6-P
ATP
PHOSPHOFRUCTOKINASE
ADP
(PFK)
Enzyme clé pour la régulation de la glycolyse, car c’est la première
à orienter spécifiquement le métabolisme du glucose vers la
production d'énergie ; elle est :
- inhibée si la cellule est riche en énergie (forte concentration en
ATP ou en citrate), le Glucose 6-P s'engageant alors dans
d'autres voies métaboliques (ex. glycogénogénèse)
- activée si la cellule est pauvre en énergie
FRUCTOSE 1.6-di PHOSPHATE
Molécule à 6C et 2 P presque symétrique qui est
scindée en deux dérivés à 3C de structure assez
voisine, chacun contenant un phosphate
3 –PHOSPHO-GLYCERALDEHYDE
Dans la majorité des cellules, la seule voie permettant à ce
composé à 3 C et 1 P de continuer à être dégradé est sa
conversion en 3-phospho-glycéraldéhyde, l'autre composé
obtenu lors de la coupure du Fru 1-6 diP. Tout se passe donc
dans la glycolyse comme si cette coupure produisait 2 molécules
de 3-phospho-glycéraldéhyde: une directement et une
indirectement via ce composé.
Dans certains tissus, ce composé peut également être converti
en un dérivé du glycérol qui sert à la synthèse des triglycérides.
41
Ce composé qui comporte 3 carbones
et 1 phosphate, poursuit sa
dégradation dans la voie de la
glycolyse (voir la suite)
Oxydation et production d’ATP
3-PHOSPHO-GLYCERALDEHYDE
NAD
Réaction comportant simultanément:
- une OXYDATION
-- la fonction aldéhyde –CHO est oxydée en acide –COOH (le
glycérate est le sel de l'acide glycérique)
-- NAD => NADH2 (l'H issu de l'oxydation est transféré au NAD)
NADH2
- une phosphorylation: l'énergie libérée au cours de la réaction
permet de fixer un ion phosphate Pi sur la molécule qui va donc
comporter deux phosphates
Pi
1-3 Di-Phospho-Glycérate
Libération d'un des phosphates (P) avec suffisamment d'énergie
pour permettre de lier ce P libéré à une molécule d'ADP =>
formation d'ATP; cette étape est donc la 1ère étape de constitution
d'une "pile chargée" à ATP
ADP
ATP
2-3 Di-PhosphoGlycérate
(2-3 DPG)
3- Phospho-Glycérate
Simple changement de position du P restant
2- Phospho-Glycérate
PEP
(Phospho-énol-pyruvate)
ADP
PYRUVATE
KINASE
ATP
L'ensemble de ces deux réactions s'accompagne:
- de la libération du phosphate (P) avec une énergie
suffisante pour qu’il puisse se lier à l'ADP => 2ème
étape de constitution d'une "pile chargée" à
ATP
(PK)
- d'un changement de forme de la molécule qui est
produite lorsque le phospho-énol-pyruvate perd
son (P) ; le produit final est le pyruvate.
PYRUVATE
DERIVATION DE LA VOIE PASSANT PAR LE 2-3 DIPHOSPHO-GLYCERATE:
- Elle court-circuite la première réaction permettant la formation d'ATP; en conséquence, si la
dégradation du glucose passe par cette voie de dérivation, le bilan énergétique de la
conversion Glucose => Pyruvate est nul
- Elle permet la formation de 2-3DPG, un composé qui joue un rôle important dans les
processus d'oxygénation de l'hémoglobine et de distribution de l'oxygène aux tissus.
42
BILAN DE LA GLYCOLYSE
GLUCOSE
6 C 12 H
6O
6C
1 ATP consommé
1 ATP consommé
3C
3C
3C
1 ATP produit
1 ATP produit
1 ATP produit
1 ATP produit
PYRUVATE
PYRUVATE
2 fois ( 3 C 3 O 4 H)
soit au total, 6 C 8 H 6 O
Perte de 4 H, donc OXYDATION
L'oxydation d'une molécule de Glucose (6C) produit donc:

2 ATP (2 consommés au départ, 2 x 2 formés ensuite)

2 NADH2 ; s'ils "déchargent" leurs H dans la chaîne respiratoire, ils permettent de produire 2 x 3
ATP (car 1 NADH2 => 3 ATP dans cette chaîne respiratoire; voir plus loin dans le polycopié)

2 molécules de pyruvate dont la dégradation complète en CO2 et H2O via l'Acétyl-Coenzyme A
produit 15 ATP par molécule de pyruvate (donc au total 30 ATP pour l'oxydation des deux
Pyruvate en CO2 et H2O).
La glycolyse seule (Glucose => Pyruvate) ne produit directement qu'une faible quantité d'énergie (2 ATP);
elle ne nécessite pas la présence d'oxygène: c'est une voie anaerobie. C’est la seule voie qui permette la
production d’énergie en anaerobiose.
Cependant, la glycolyse conduit à la formation de divers composés (Pyruvate, NADH 2) dont le
métabolisme ultérieur via le cycle de Krebs et/ou la chaîne respiratoire fournit beaucoup plus d'énergie (au
total, en fait 36 ATP). Cette dernière production est toutefois tributaire de la présence d'oxygène dans la
cellule (voir plus loin Métabolisme du Pyruvate).
43
7.1.4. GLYCOGENOLYSE ET GLYCOGENOGENESE
Le glycogène est un polymère de glucose dans lequel les molécules de glucose sont liées par des liaisons:

alpha 1-4, pour la constitution des longues chaînes

alpha 1-6, pour la création des ramifications (structure voisine de celle de l’amylopectine).
La synthèse du glycogène (comme sa dégradation) nécessite donc deux types d'enzymes différentes: les
unes capables de créer (ou de couper) les liaisons alpha 1-4 et les autres pouvant créer (ou couper les
liaisons) alpha 1-6.
Les étapes
GLYCOGENOLYSE
= dégradation
GLUCOSE
P
Chez l’homme, la réaction
catalysée par les kinases est
irréversible. Une autre enzyme
est donc nécessaire pour
libérer l'ion Phosphate (d'où le
nom PHOSPHATASE); elle est
présente dans le foie mais pas
dans les muscles.
GLYCOGENOGENESE
= synthèse
Glc
ATP
ADP
GLUCOSE
6-PHOSPHATASE
P
Glc
Glucose 6-P
Changement de position du P qui vient sur le C
n°1, celui par lequel le glucose va se lier à une
autre molécule de glucose appartenant à la
chaîne de glycogène préexistante
Changement de position du P
Glc
Glucose 1-P
P
UTP
Libération des glucoses en bout
de chaîne (les plus récemment
incorporés dans la molécule).
Le glucose libéré lors de cette
coupure reste suffisamment
"réactif" sur son C1 pour pouvoir
se lier un ion phosphate (= "non
riche en énergie").
"Activation" du glucose
nécessitant
de
la
consommation d'un ATP
(voir Glycolyse)
KINASE
2 P
Glc
Remplacement du P par une molécule d'UDP,
un
composé
voisin
de
l'ADP
=> le C n°1 du glucose reste "réactif" pour se
lier au glucose terminal appartenant à une
chaîne de glycogène préexistante
UDP-Glucose
UDP
UDP
L'UDP se "décroche", laissant le C1 du glucose
suffisamment réactif pour permettre son
"amarrage" au C4 du glucose situé en bout de
chaîne => liaison alpha 1-4
GLYCOGENE
PHOSPHORYLASE
Glc
P
Glc
Glc
Glc
Glc
(La chaîne continue)
Ion Phosphate
P
COUPURE
LIAISONS ALPHA 1-4
44
CREATION
GLYCOGENOGENESE
GLYCOGENOLYSE
COUPURE
LIAISONS ALPHA 1-6
CREATION
Quand les chaînes linéaires ainsi créées atteignent
une certaine longueur, des morceaux situés à
l'extrémité de la longue chaîne se détachent et
viennent se lier au C6 de certains glucoses
appartenant à cette chaîne ; ainsi se constituent les
ramifications par liaison alpha 1-6 par action d’une
« enzyme de ramification ».
La coupure des liaisons alpha 1-4 par la glycogène
phosphorylase (ci-dessus) n'est plus possible
lorsqu'on se rapproche d'une ramification (la liaison
alpha 1-6 gêne pour la coupure).
Une autre enzyme spécifique doit hydrolyser les
liaisons alpha 1-6 ; cette "enzyme débranchante"
permet d'obtenir des morceaux de chaînes sans
branchement sur lesquels la glycogène phosphorylase
peut continuer son action.
Liaison alpha 1-6
Le bilan énergétique est donc de 2 ATP consommés par glucose incorporé (en fait 1 ATP et 1 UTP).
Bilan et remarques sur les réserves énergétiques de l'organisme
QUELLE EST LA NATURE DES RESERVES ENERGETIQUES DE L'ORGANISME?
Selon leur nature chimique, on distingue les réserves:

glucidiques: le glycogène est formé par polymérisation de molécules de glucose (l'amidon joue le
même rôle chez les plantes). La taille des molécules de glycogène (généralement plus de 1000
glucoses) n'est pas fixe; elle varie en fonction des apports et des besoins de l'organisme: elle
augmente après un repas et diminue en période de jeûne.

lipidiques: les lipides du tissu adipeux proviennent soit directement des lipides consommés par
voie alimentaire, soit de la conversion des glucides en lipides (Glucose => Acétyl-Coenzyme A =>
acides gras => triglycérides stockés dans le tissu adipeux). Tout le monde sait que "manger trop
de sucreries fait grossir en augmentant la culotte de cheval"!.
Le glycogène étant hydrophile, la mise en réserve de glucose sous cette forme s'accompagne du
"stockage" simultané de molécules d'eau; l'espace dédié aux réserves en glycogène, qui est limité
anatomiquement, se trouve donc en partie occupé par des molécules d'eau ne présentant aucun intérêt sur
le plan énergétique. En revanche, les triglycérides étant hydrophobes ("n'aiment pas l'eau"), leur stockage
ne s'accompagne pas de celui de molécules d'eau, et l'espace utilisable pour constituer ces réserves
lipidiques est donc utilisé au maximum de ses possibilités; de plus, cet espace est très largement
extensible ("la culotte de cheval" !!!).
45
On considère qu'en moyenne chez un adulte normal (70 kg), les réserves glucidiques sont de l'ordre de
350-500 g (70-100 g dans le foie et 250-400 g dans les muscles), ce qui permet de couvrir les besoins
d'environ 20h pour le cerveau à partir du glycogène du foie et de quelques jours pour les muscles qui
utilisent leur propre stock de glycogène. Par comparaison, et si on se limite à l'aspect purement
énergétique, les 7 kg de réserves lipidiques permettent de couvrir les besoins pendant près de 12
semaines.
QUAND LES RESERVES SONT-ELLES CONSTITUEES?
La glycogénogénèse se met en route essentiellement quand les besoins énergétiques étant couverts, il
n'est plus utile de dégrader encore le glucose pour produire d'autres molécules d'ATP; l'excédent de
glucose peut alors être mis en réserve. Cette situation se produit donc surtout après un repas. La
glycogénogénèse consomme de l'énergie (ATP pour la kinase au début, UTP par la suite). Elle se déroule
dans beaucoup de tissus, mais deux organes ont un stock en glycogène particulièrement important: le foie
et les muscles.
La lipogénèse (synthèse de lipides) à partir du glucose est activée dans les mêmes circonstances, c'est à
dire quand il reste un excédent de glucose, une fois les besoins énergétiques couverts.
COMMENT LES RESERVES SONT-ELLES UTILISEES?
L'organisme utilise ses réserves principalement quand l'alimentation ne lui apporte pas les éléments
nécessaires à la production de l'énergie dont il a besoin à un moment donné: période de jeûne, réponse à
une augmentation subite des besoins (stress, effort physique,…).
La glycogénolyse en elle-même ne produit pas d'énergie, mais elle libère du glucose dont le catabolisme
est générateur d'énergie.
Il existe une importante différence d'utilisation entre le glycogène hépatique et le glycogène
musculaire:

dans les muscles, la glucose 6-phosphatase n'est pas présente. Comme le glucose 6-phosphate
libéré par la glycogénolyse ne peut pas franchir la membrane cellulaire, il est métabolisé dans la
cellule musculaire elle-même. Il rejoint la voie de la glycolyse qui conduit à la production d'énergie
(le système est logique: si on utilise les réserves, c'est bien parce que l'organisme est "en
manque" principalement d'énergie; il faut donc en produire).

dans le foie au contraire, la présence d'une glucose 6-phosphatase permet de convertir le glucose
6-phosphate en glucose; le glucose "libre" (c'est à dire sans le phosphate) peut franchir la
membrane cellulaire et passer dans le sang. Il est transporté par voie sanguine jusqu'aux tissus
dont le métabolisme énergétique dépend exclusivement de cette source; parmi ces tissus dits
gluco-dépendants, on trouve notamment les globules rouges, et dans une certaine mesure, le
cerveau. Le foie joue donc un rôle essentiel dans la régulation de la glycémie.
COMMENT SONT REGULEES LA CONSTITUTION ET L'UTILISATION DES RESERVES?
L'insuline, hormone pancréatique sécrétée normalement quand la glycémie augmente (donc après un
repas), favorise globalement les voies d'utilisation du glucose: en premier lieu, les voies à finalité
46
énergétique (glycolyse), mais également celles conduisant à la constitution de réserves (glycogénogénèse
et lipogénèse). Logiquement, cette hormone inhibe en revanche les voies de dégradation des réserves (à
ce titre, l'insuline est dite anti-lipolytique, c'est à dire qu'elle inhibe l'utilisation des réserves en triglycérides
du tissu adipeux. A l'inverse, le glucagon sécrété par le pancréas en cas d'hypoglycémie, inhibe la
glycogénogénèse et stimule la glycogénolyse; en toute logique, si la glycémie est basse, il faut "puiser"
dans ses réserves glucidiques.
Le "manque" énergétique qui se traduit notamment par une faible concentration en ATP dans les
cellules, stimule la glycogénolyse; là encore, il est nécessaire de faire appel à ses réserves pour
compenser ce "manque".
Ces régulations par les hormones ou les composés métaboliques passent par une régulation de l’activité
des enzymes.
7.1.5. VOIE DES PENTOSES
GLUCOSE (6C)
Voir la glycolyse
GLUCOSE 6-P
OXYDATION en deux étapes qui conduit à la production de:
NADP
-
NADPH2; molécule voisine du NAD, le NADP capte les H libérés
lors de l'oxydation. Contrairement au NADH2, le NADPH2 ne
peut décharger ses H à la chaîne respiratoire; il ne sert donc pas
à la production d'énergie. Il peut en revanche être utilisé pour la
synthèse des acides gras (lipides) et la protection des cellules
contre les agressions oxydantes
-
CO2; le glucose perdant un C sous forme de CO2 il y a formation
d'un dérivé phosphorylé d'ose à 5 C, c'est à dire d'un pentose.
NADPH2
NADP
CO2
NADPH2
PENTOSESPHOSPHATE (5C)
Série de réarrangements structuraux conduisant à la formation d'osesphosphate parmi lesquels on retrouve:
- des intermédiaires de la glycolyse (à 3C ou 6C)
- un pentose-phosphate, le Ribose 5-P, qui sert à la synthèse des
nucléotides (et donc de molécules comme l'ATP, le NAD, les ARN).
DIVERS
OSES –PHOSPHATE
POSSEDANT:
3C
GLYCOLYSE
Cette séquence de réactions étant
réversible, le ribose 5-P peut aussi être
produit à partir des intermédiaires à 3C
et 6C en provenance de la glycolyse.
4C
5C
NUCLEOTIDES
6C
GLYCOLYSE
47
En résumé, la voie des pentoses:

est une voie de dégradation oxydative du glucose puisqu'elle libère un carbone sous forme de
CO2 ; comme la glycolyse, elle ne nécessite pas la présence d'oxygène

contrairement à la glycolyse, n'a pas pour finalité la production d'énergie; il n'y a pas d'ATP
formé au cours de cette voie et les oses-phosphate à 3C ou 6C ne rejoignent la glycolyse qu'en
cas de nécessité particulière

permet de produire du NADPH2 utilisé dans la synthèse des acides gras ou la protection contre
les agressions oxydantes

sert à la production de ribose-phosphate utilisé pour la synthèse des nucléotides.
7.1.6. NEOGLUCOGENESE
Cette voie de synthèse de glucose à partir de molécules non glucidiques (principalement du lactate,
du pyruvate provenant par exemple de la dégradation d'acides aminés,…) se déroule essentiellement au
niveau du foie; elle est consommatrice d'énergie. La glycolyse convertit le glucose en pyruvate; la
néoglucogénèse correspond globalement à la réaction inverse: pyruvate => glucose. On pourrait donc
imaginer qu'il suffit de "remonter" la voie de la glycolyse, autrement dit de faire "fonctionner" les réactions
en sens inverse. Si certaines réactions peuvent effectivement se dérouler dans l'un ou l'autre sens selon
les conditions du milieu, ce n'est pas le cas de toutes. Certaines étapes de la glycolyse sont en effet
irréversibles. La néoglucogénèse n'est donc pas simplement une voie inverse de la glycolyse: des
enzymes particulières ou des voies de dérivation doivent être utilisées pour "remonter" du pyruvate au
glucose.
NEOGLUCOGENESE (flèches noires)
GLUCOSE
GLUCOSE 6-PHOSPHATASE
(voir paragraphe Glycogénolyse)
FOIE (et rein)
HEXOKINASE/
GLUCOKINASE
Glucose 6-P
G
L
Y
C
O
L
Y
S
E
Fructose 6-phoshate
FRUCTOSE 1.6-DIPHOSPHATASE
PHOSPHOFRUCTOKINASE
Un P est libéré sous forme d'ion phosphate et
ne sert pas à produire de l'ATP
Fructose 1.6 -diphoshate
Mitochondrie
PEP
PYRVATE
Cycle
de
Krebs
KINASE
Le pyruvate est converti dans les
mitochondries en oxaloacétate, un
composé appartenant au cycle de
Krebs; un autre intermédiaire du
cycle quitte le cycle et passe dans
le cytoplasme, ce qui permet de
"remonter" la dernière étape
irréversible de la glycolyse
(voir chapitre Cycle de Krebs et chaîne
PYRUVATE
Acétyl-Coenzyme A respiratoire).
48
La néoglucogénèse joue un rôle particulièrement important en période de jeûne, car elle contribue à
l'approvisionnement en glucose des tissus gluco-dépendants (les globules rouges et, dans une certaine
mesure, le cerveau). Elle est naturellement moins active en période digestive : le glucose étant alors
apporté par les aliments, il est inutile que l'organisme en synthétise en utilisant une voie consommatrice
d'énergie.
Globalement inverse de la glycolyse, la néoglucogénèse:

correspond donc à une réduction (2 molécules de Pyruvate CH3-CO-COOH, soit au total 6C, 6O
et 8H => Glucose C6H12O6) et nécessite donc un réducteur : l’hydrogène est fourni par 2
molécules de NADH2

consomme de l'énergie (6 ATP au total pour une molécule de glucose).
Les composés pouvant servir de point de départ sont essentiellement:

essentiellement le pyruvate provenant de l'oxydation du lactate ou de la transformation de
certains acides aminés (principalement l'alanine libérée par dégradation des protéines),

éventuellement le glycérol issu de la dégradation des triglycérides du tissu adipeux.
49
7.2. METABOLISME DES LIPIDES
7.2.1. DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Phospholipides
Triglycérides (TG)
ALIMENTATION
(environ 100g/j)
Cholestérol
(moins de 1 g/j)
Acide gras (AG)
Acide gras (AG)
Triglycérides
Acide gras (AG)
FOIE
Vésicule biliaire
PANCREAS
Sels
biliaires
Les TG ne sont pas solubles dans l'eau => ils
doivent être émulsionnés par brassage avec les sels
biliaires pour pouvoir être hydrolysés par la lipase;
celle-ci libère un ou deux acides gras
Lipase
pancréatique
AG
AG
AG
Monoglycérides
AG
Diglycérides
Resynthèse des TG
Resynthèse des TG et
constitution de grosses
"particules" associant les
trois formes de lipides,
majoritairement des TG, et
des protéines spécifiques
appelées apolipoprotéines.
Hydrolyse
Triglycérides
Cholestérol
Phospholipides
Les lipides n'étant pas solubles dans
l'eau sont véhiculés dans les liquides
biologiques comme le sang sous forme
de lipoprotéines; il s'agit de complexes
qui associent les 3 catégories de lipides
et des protéines particulières appelées
apolipoprotéines.
Il existe plusieurs types de
lipoprotéines: les chylomicrons présents
dans le sang après un repas, les VLDL,
les LDL et les HDL.
CHYLOMICRONS
LYMPHE
(TG, Cholestérol,
Phospholipides,
Apolipoprotéines)
CELLULES DE LA PAROI
INTESTINALE
SANG
Chylomicrons circulants
50
I
N
T
E
S
T
I
N
7.2.2. CONSTITUTION ET UTILISATION DES RESERVES LIPIDIQUES
Les lipides, qui ne sont pas solubles dans l'eau, sont véhiculés dans le sang:
- soit sous forme de lipoprotéines; celles-ci sont des sortes "d'aggrégats" constitués d'un mélange de
lipides
(triglycérides,
cholestérol,
phospholipides)
et
de
protéines
spécifiques
appelées
apolipoprotéines (attention: on désigne sous ce terme la fraction protéique des lipoprotéines). Il existe
plusieurs catégories de lipoprotéines: les chylomicrons (vus précédemment), les VLDL (very low
density lipoproteins), les LDL (low density lipoproteins) et les HDL (high density lipoproteins). Elles
renferment des pourcentages variables des trois catégories de lipides, et des différents types
d'apolipoprotéines.
- soit, pour ce qui concerne les acides gras libérés à partir des réserves lipidiques du tissu adipeux, liés
à l'albumine, une protéine qui est présente dans le plasma sanguin.
Le schéma suivant montre, de manière très simplifiée, comment les tissus à forts besoins énergétiques
(ex. muscles) sont approvisionnés en lipides à partir soit de l'alimentation, soit des réserves adipocytaires.
ALIMENTATION
MUSCLES
TRIGLYCERIDES (TG)
ACIDE GRAS (AG)
ENERGIE
(ATP)
Lipase pancréatique
ACIDE GRAS
lié à l'albumine sanguine
Chylomicrons
INTESTIN
TG
SANG
Lipoprotéine lipase
(paroi vasculaire)
Distribution dans les tissus,
des acides gras libérés par
hydrolyse des TG (ces AG
ne sont pas libérés dans le
sang, ils pénètrent
directement dans les tissus).
Remnants
TG
"Restes" de chylomicrons renfermant
moins de TG, une partie des TG ayant été
hydrolysés avec libération des AG qui sont
au fur à mesure, distribués aux tissus.
FOIE
ACIDE GRAS
Lipase
adipocytaire
hormonosensible
TRIGLYCERIDES
TISSU ADIPEUX
Le foie renvoie les TG non hydrolysés dans la
circulation sous forme de VLDL sanguines, une
autre catégorie de lipoprotéines.
Les TG contenus dans ces VLDL subissent à leur
tour l'action de la lipoprotéine lipase ce qui permet
de distribuer à nouveau des AG aux tissus.
51
La lipoprotéine lipase, enzyme présente dans la paroi vasculaire, hydrolyse les triglycérides contenus
dans les diverses lipoprotéines présentes dans la circulation sanguine (les chylomicrons après un repas,
mais aussi les VLDL). Les acides gras libérés par action de cette enzyme pénètrent dans les tissus
avoisinants où ils sont utilisés, selon les besoins de l'organisme, soit pour produire de l'énergie (ex.
muscles), soit pour constituer des réserves (ex. tissu adipeux). Le contenu en triglycérides de ces
lipoprotéines circulantes tend donc à diminuer au fur et à mesure de leur séjour dans la circulation.
7.2.3. SYNTHESE DES ACIDES GRAS
Le schéma suivant indique le PRINCIPE SIMPLIFIE de la synthèse des acides gras (il ne s'agit que du
principe, les réactions sont en réalité plus complexes et ne sont pas simplement l’inverse des réactions de
dégradation). Cette synthèse est particulièrement active quand le glucose, apporté par l'alimentation, est
en excès par rapport aux besoins énergétiques du moment. Il est bien connu que la consommation
excessive de sucreries fait grossir par augmentation des "graisses". Si le niveau énergétique de la cellule
est bas, la synthèse d’AG est peu active.
L'acétyl-coenzyme A CH3-CO-CoA provient en
particulier de la dégradation du pyruvate issu de la
glycolyse: Glucose => pyruvate => CH3-CO-CoA
CH3 - CO - CoA
CH3 - CO - CoA
CH3 - CO -
est une sorte de
"support" sur lequel se
fixent les molécules
qui vont se combiner.
CH3 - CO – CH2 – CO NADPH2
Réduction du - CO - => - CH2 -
NADP
CH3 – CH2 – CH2 – CO Le NADPH2 provient
notamment de la
dégradation du glucose
par la voie des pentoses
CH3 - CO - CoA
CH3 – CH2 – CH2 – CO – CH2 – CO NADPH2
Réduction du - CO - => - CH2 NADP
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CO -
et ainsi de suite par additions successives de CH3-CO- et réduction,
jusqu'à obtenir une chaîne à 16 C
52
Les points essentiels à retenir sont les suivants:

les acides gras sont synthétisés par condensation d'unités à 2 carbones (CH3-CO-), le
Coenzyme A servant en quelque sorte à "activer" le groupement Acétyl CH3-CO-. En
conséquence, la plupart des acides gras naturels ont un nombre pair d'atomes de carbone.

la longue chaîne des acides gras (CH3-CH2-CH2-CH2- ne comportant que des C et des H, le –COprésent dans CH3-CO- doit être transformé en –CH2 -, c'est à dire réduit; le réducteur qui apporte
les H nécessaires est ici le NADPH2.

la synthèse des acides gras se déroule le cytoplasme des cellules (alors que leur dégradation est
localisée dans les mitochondries).
Les constituants nécessaires à la synthèse des acides gras sont :

l'acétyl-Coenzyme A produit dans les mitochondries à partir du pyruvate, lui même issu
principalement de la dégradation cytoplasmique du glucose. L'acétyl-CoA doit donc quitter les
mitochondries; comme il ne peut pas sortir directement, il emprunte un circuit faisant intervenir la
première étape du cycle de Krebs avec formation de citrate qui lui est capable de franchir la
membrane des mitochondries ; une fois à l’extérieur, le citrate est décomposé en régénérant
l’acétyl-CoA

le NADPH2, provenant notamment de la dégradation du glucose dans le cytoplasme par la voie
des pentoses

l'énergie nécessaire à toute synthèse, autrement dit l'ATP, lui aussi pouvant provenir par exemple
de la dégradation du glucose (glycolyse => pyruvate => acétyl-CoA => cycle de Krebs/chaîne
respiratoire)

les enzymes catalysant les différents étapes réactionnelles; comme elles sont pour la plupart
regroupées au sein d'un gros complexe enzymatique, l'acide gras synthétase, toutes les réactions
se produisent donc au même endroit. Le foie est l’organe principal pour cette synthèse.
Cette synthèse se déroule principalement en période post-prandiale (= après un repas): les besoins
énergétiques des cellules étant satisfaits, le glucose qui ne sert plus à produire de l'énergie est mis en
réserve, soit sous forme de "poly-glucose", autrement dit de glycogène, soit sous forme de lipides, c'est à
dire de triglycérides stockés dans le tissu adipeux.
Glucose
Glycolyse
Voie des pentoses
Pyruvate
Acétyl-CoA
NADPH2
Cycle de Krebs
Chaîne respiratoire
Energie
Glycérol
Acide gras
Triglycérides
(Tissu adipeux)
53
MITOCHONDRIE
7.2.4. DEGRADATION DES ACIDES GRAS (= LA BETA-OXYDATION)
Cette voie est particulièrement active en période de jeûne.
AG – Albumine
Triglycérides présents dans les lipoprotéines :
(ces AG proviennent
du tissu adipeux)
Chylomicrons si en phase digestive, VLDL
Lipoprotéine lipase
(paroi vasculaire)
SANG
MEMBRANE CELLULAIRE
L’équivalent de 2 ATP sont
consommés pour l’activation de l’AG
CYTOPLASME
Acide gras (AG)
Coenzyme A (CoA)
Lié au CoA, l'AG ne peut pénétrer dans la mitochondrie;
il est donc transféré à la carnitine qui se charge de lui
faire passer cette membrane
AG-CoA
AG-Carnitine
MEMBRANE MITOCHONDRIALE
Coenzyme A
MITOCHONDRIE
AG-CoA
Coupure oxydative
CH3-CH2-CH2-CH2- …….
–CH2-CH2-CH2-CH2-CO-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2- …….
–CH2-CH2-CO-CoA
CH3-CO-CoA
CH3-CO-CoA
Et ainsi de suite jusqu'au découpage complet
de la chaîne en progressant vers le –CH3
A chaque coupure:
CO2
=> libération d'un acétyl-CoA et d'une chaîne amputée de
2C (une molécule de CoA se lie à l'extrémité de la
chaîne ainsi raccourcie au moment du découpage)
=> oxydation au niveau des C (-H, +O):
-CH2-CH2- donne CH3-COLes H libérés sont pris en charge par des navettes :
NAD  NADH2
FAD  FADH2
Ces H transportés par les navettes sont
acheminés jusqu’à la chaîne respiratoire;
les H y sont déchargés ce qui permet de
régénérer le NAD et le FAD et de
produire de l’énergie.
Cycle de
Krebs
Energie
(ATP
Chaîne
respiratoire
et chaleur)
H2O
L'oxygène provient du sang où
il est véhiculé par l'hémoglobine
O2
54
7.3. ACETYL-COENZYME A, CYCLE DE KREBS ET
CHAINE RESPIRATOIRE
7.3.1. ORIGINE DE L'ACETYL-COENZYME A (ACETYL-COA)
PROTEINES
GLUCIDES
LACTATE
CERTAINS
ACIDES
AMINES
PYRUVATE
(sel de l'acide pyruvique)
CH3-CO-COOH
Coenzyme A
NAD
LIPIDES
NADH2
Acides
gras
La conversion mitochondriale irréversible du
Pyruvate en Acétyl-CoA combine:
- une oxydation, d'où l'intervention de FAD,
un composé de structure voisine du NAD, qui
est converti en FADH2
- et une décarboxylation (perte d'un C sous
forme de CO2).
Corps
cétoniques
Cette réaction nécessite l'intervention de plusieurs
constituants en relation avec les vitamines:
- le FAD contient de la riboflavine (vitamine B2)
- le NAD contient du nicotinamide (vitamine B3)
- le Coenzyme A renferme de l'acide pantothénique
(Vitamine B5)
-
CO2
la thiamine-pyrophosphate (vitamine B1).
ACETYL-COENZYME A
CH3-CO-Coenzyme A
7.3.2. DEVENIR DE L'ACETYL-COENZYME A
L'acétyl-Coenzyme A peut, selon les circonstances et les besoins de la cellule, être métabolisé en vue de :

la production d'énergie (via le cycle de Krebs et la voie respiratoire)

la constitution de réserves (synthèse d'acides gras entrant dans la composition des triglycérides
adipocytaires)

la formation de corps cétoniques (petites molécules constitués par condensation de 2 ou 3 acétylcoenzyme A)

la synthèse de cholestérol.
55
7.3.3. CYCLE DE KREBS ET CHAINE RESPIRATOIRE
Généralités
Le
cycle de Krebs, qui est aussi nommé cycle de l'acide citrique ou cycle des acides
tricarboxyliques, assure le catabolisme oxydatif de l'acétyl-CoA. Le groupement acétyl est « coupé en
deux »:

chaque carbone est converti en CO2, la forme la plus oxydée du C ; cependant, cette oxydation ne
nécessite pas l’apport d’O2

les H enlevés au cours des réactions d'oxydation sont pris en charge par le NAD et le FAD qui
deviennent respectivement du NADH2 et du FADH2

une des réactions du cycle s'accompagne de la libération d'une énergie suffisante pour permettre
de "charger une pile à ATP". Il y a donc production d'un ATP à partir d'un ADP (ADP + P + Energie
=> ATP).
CO2
CH3-CO-
Cycle
de
Krebs
H
ATP
La chaîne
FAD ou NAD
CO2
FADH2 ou NADH2
respiratoire, dont le fonctionnement nécessite obligatoirement la présence d'oxygène (voie
métabolique aerobie), "récupère" l'H apporté par le NADH2 et le FADH2; en se combinant à l'O2, l’H donné
à la chaîne respiratoire conduit à la formation d'H2O. Ce transfert d'H vers O2 ne se déroule pas en une
seule étape, mais fait intervenir une série de réactions en chaîne (d'où le nom de chaîne respiratoire). Au
cours de certaines de ces réactions, l'énergie libérée est suffisamment importante pour "charger" une pile à
ATP.
NADH2
FADH2
CHAINE RESPIRATOIRE
O2
H2O
ATP
ATP
ATP
Ces deux voies métaboliques, cycle de Krebs et chaîne respiratoire, fonctionnent en "association". Elles se
déroulent dans les mitochondries, organites cellulaires qui sont présentes dans pratiquement toutes les
cellules (sauf les globules rouges) et qui constituent en quelque sorte la "chaufferie" où se trouve la
"chaudière" (= cycle de Krebs + chaîne respiratoire) de la cellule. Cette "chaudière" fournit plus de 90% de
l'énergie produite dans la cellule.
56
Les étapes principales du cycle de Krebs
Le schéma suivant indique les principaux composants du cycle; s'il n'est pas demandé d'apprendre par
cœur les étapes de ce cycle, il faut par contre connaître le bilan indiqué à la suite.
Acétyl-CoA
CH3-CO-CoenzymeA
(2 C)
Certaines étapes sont
réversibles, d'autres non.
Oxalo-acétate
(4 C)
NADH2
Malate
(4 C)
Citrate (6 C)
NAD
NAD
Fumarate
(4 C)
CO2
NADH2
Alpha-cétoglutarate
(5 C)
NAD
FADH2
FAD
NADH2
Succinyl-CoA
(4 C)
Energie
ADP
ATP
CO2
1. Trois types de composés sont produits à chaque tour du cycle de Krebs:

du CO2 issu de l'oxydation des 2 carbones de l'acétyl (CH3-CO-Coenzyme A),

des
"navettes à hydrogène" chargées en hydrogène
(NADH2, FADH2),
plusieurs réactions du cycle étant des oxydations avec "enlèvement" d'hydrogène. Bien que
globalement, le cycle de Krebs constitue une voie oxydative, l'oxygène n'y intervient pas
directement. Cependant, pour continuer à fonctionner le cycle a besoin de NAD et de FAD;
autrement dit, il faut que les navettes NADH2 et FADH2 se "déchargent" de leurs hydrogènes au
57
niveau de la chaîne respiratoire. Celle-ci en revanche ne peut fonctionner qu’en présence
d'oxygène. En l'absence d'oxygène, les navettes restent sous forme hydrogénée et le cycle de
Krebs tend à s'arrêter faute de disposer des navettes "déchargées" (NAD et FAD) nécessaires à
son fonctionnement.

de
l'ATP
car une des réactions du cycle libère suffisamment d'énergie pour permettre de
constituer une "pile" à ATP; la production d'ATP reste cependant relativement faible à ce niveau,
l'essentiel étant produit dans la chaîne respiratoire.
2. le cycle de Krebs fonctionne bien en «boucle»:

l'oxaloacétate (4C) qui, au départ, se combine à l'acétyl (2C) apporté par l'acétyl-CoA, est
régénéré en fin de cycle. Il
peut donc participer à un nouveau tour du cycle. S'il n'y
avait aucune "fuite" au niveau du cycle, la même molécule d'oxaloacétate pourrait servir
éternellement. Cependant, dans certaines circonstances et en fonction des besoins de l’organisme,
des molécules formées dans le cycle peuvent le quitter en cours de route pour être utilisées dans
d'autres voies métaboliques. Il est donc toujours nécessaire de compenser ces "fuites" en
assurant en permanence une petite production d'oxaloacétate; celle-ci se fait notamment par
conversion du pyruvate issu de la dégradation du glucose:
Pyruvate (3C) + CO2 (1C) => Oxaloacétate (4C)
De petites quantités de glucose, fournissant le pyruvate et par cette voie l'oxaloacétate, sont donc
toujours nécessaires pour assurer une bonne utilisation des lipides en vue de la production
d'énergie; ce que certains ont traduit en termes imagés par: "Les lipides brûlent au feu des
glucides"!!!

certaines réactions du cycle sont réversibles, mais d'autres sont irréversibles et ne sont
donc possibles que dans un seul sens: à cause de ces dernières réactions, le cycle dans son
ensemble ne peut tourner que dans le sens de la dégradation de l'acétyl-CoA.
Cependant, il arrive que des voies métaboliques, autres que celle conduisant à la dégradation de
l'acétyl-CoA avec production d’énergie, empruntent certaines réactions réversibles du cycle de
Krebs en les faisant "tourner en sens inverse". Ainsi la néoglucogénèse, une voie qui permet de
produire du glucose à partir du pyruvate (voir au chapitre Métabolisme des glucides), commence
par la suite de réactions:
PYRUVATE
=>
OXALOACETATE
=>
MALATE
Ce dernier composé peut franchir la membrane des mitochondries et redonner dans le cytoplasme de
l'oxaloacétate qui est ensuite converti en un dérivé de la voie de la glycolyse, situé en amont du
pyruvate. Cette «dérivation» permet donc de «remonter» la dernière réaction de la glycolyse (PEP =>
pyruvate) qui est une réaction irréversible.
GLUCOSE
Mitochondries
Malate
Cytosol
Malate
Néoglucogénèse
Oxaloacétate
Glycolyse
Phosphoénol-pyruvate
(PEP)
Oxaloacétate
PYRUVATE
58
Réaction
irréversible
Relation entre le cycle de Krebs et les métabolismes glucidique,
lipidique et protéique
PROTEINES
(certains acides aminés)
PYRUVATE
GLUCIDES
(Glucose
principalement)
Acétyl-CoA
LIPIDES
(Acides gras)
Oxalo-acétate
Malate
Citrate
CYCLE
DE
KREBS
Fumarate
Alpha-cétoglutarate
Succinyl-CoA
Hème
(un des constituants de l'hémoglobine)
Si la quantité d’acétyl-Coenzyme A produit par la dégradation des acides gras devient plus importante que
celle entrant dans le cycle de Krebs, l’excès d’acétyl-CoA peut alors être transformé au niveau du foie en
corps cétoniques (par condensation de 2 ou 3 molécules d’actéyl-CoA). Ces corps cétoniques sont captés et
dégradés par certains tissus qui les utilisent pour leur production d’énergie.
Le schéma précédent (à ne pas apprendre par cœur) illustre les différents points d'entrée et de sortie
dans le cycle de Krebs:

les entrées: glucides, lipides et protéines alimentent le cycle, en fournissant principalement du
pyruvate et/ou de l'acétyl-CoA, mais également plusieurs intermédiaires

les sorties: certains intermédiaires peuvent quitter le cycle et être utilisés pour participer à la
synthèse :
 du glucose (voir Néoglucogénèse),
59
 des acides gras. L'organisme est capable de convertir les glucides en lipides ; cependant,
l'acétyl-CoA issu du catabolisme des glucides est produit dans les mitochondries dont il ne peut
sortir, alors que les acides gras sont synthétisés dans le cytoplasme. Pour contourner cette
difficulté, l’acétyl-CoA s'engage dans le cycle de Krebs (mitochondrial), entre dans la
constitution du citrate qui lui, est capable de franchir la membrane des mitochondries. Une fois
dans le cytoplasme, le citrate est décomposé et, grâce au Coenzyme A présent dans le
cytoplasme, l'acétyl-CoA est reformé; il peut alors servir à la synthèse des acides gras.
 des acides aminés: alpha-cétoglutarate et oxaloacétate peuvent être convertis respectivement
en acide glutamique et acide aspartique.
La chaîne respiratoire
Elle correspond à une suite de réactions d'oxydo-réduction couplées à une mise en réserve d'énergie sous
forme d'ATP.
Oxydoréduction
NADH2
Synthèse
d'ATP
Origine possible des navettes
hydrogénées:
- Cycle de Krebs
H
NAD
- Glycolyse
- Décarboxylation du pyruvate en
acétyl-CoA
FADH2
ADP
Energie
Une fois déchargées de leur
hydrogène, ces navettes peuvent à
nouveau participer aux réactions
d'oxydation et transporter d'autres
hydrogènes.
H
FAD
ATP
ADP
Energie
ATP
ADP
O2
Energie
ATP
H2O
Il est possible de calculer le bilan énergétique théorique de l’oxydation du glucose ou des acides gras.
Celui présenté ci-dessous est calculé à quelques approximations près (ex. le fait que le NADH2 produit
dans le cytoplasme soit transporté dans les mitochondries sans consommation d’énergie).
60
Bilan énergétique de la dégradation d'un acétyl-CoA
1 ATP
3 x 3 ATP
1 x 2 ATP
3 NADH2
Krebs
Acétyl-CoA
C. Respiratoire
1 FADH2
Glucose
ATP
2 x ATP
2
2 x NADH2
2 x 3 ATP
6
2 x 3 ATP
6
2 x Pyruvate
C.. Resp.
2 x NADH2
2 x Acétyl-CoA
2 x (9+2) ATP
2 x (3 NADH2)
Krebs 2 x (1 FADH2)
2 x 1 ATP
En grisé pointillé, étapes dans les mitochondries
22
2
38
Total 38 ATP pour une molécule de glucose C6H12O6
Acide gras à 18 Carbones
ATP
2 ATP
-2
Acyl-Coenzyme A
8 "tours" pour
découper la
chaîne de 18 C
en 9 tronçons à
2C (acétyl)
tour: "tour":
APar
chaque
1 NADH2
1 FADH2
1 Acétyl-CoA
16
8 x 3 ATP
24
9 x (9+2) ATP
99
C.. Resp.
Donc au total :
8 FADH2
8 NADH2
9 Acétyl-CoA
Krebs
8 x 2 ATP
9 x (3 NADH2)
9 x (1 FADH2)
9 x 1 ATP
En grisé pointillé, étapes dans les mitochondries
Total 146 ATP pour un acide gras à 18 C (donc 49 ATP pour 6 C)
61
9
146
Les bilans énergétiques précédents ne sont valables que si l'apport en oxygène est suffisant.
En absence d'oxygène (anaerobiose), la chaîne respiratoire ne fonctionne plus et par voie de
conséquence, le cycle de Krebs est ralenti: comme les "navettes" NADH 2 et FADH2 ne "déchargent" pas
leur H dans la chaîne respiratoire, la cellule ne dispose plus du NAD et du FAD nécessaire au
fonctionnement du cycle de Krebs. Dans ces conditions, la production d'énergie dans la "chaudière"
devient nulle.
La glycolyse (glucose => pyruvate) qui n'est pas une voie aerobie, peut cependant continuer à fonctionner,
tout au moins tant que le cytoplasme renferme encore du NAD. Celui-ci est en effet nécessaire pour
"récupérer" les H libérés lors de la phase oxydative de la glycolyse.
Quand tout le NAD cytoplasmique est transformé en NADH2, la glycolyse à son tour s'arrête. Il existe
cependant dans le cytoplasme une réaction qui permet de régénérer le NAD à partir du NADH2:
Lactate-deshydrogénase (LDH)
Pyruvate
CH3-CO-COOH
CH3-CHOH-COOH
NADH2
Lactate
NAD
Le NAD obtenu lors de cette conversion du pyruvate en lactate permet de poursuivre la dégradation du
glucose par la glycolyse et donc continuer de produire les 2 ATP
formés au cours de cette voie
métabolique. C'est peu, surtout si on compare au 38 ATP obtenus en aerobiose par l'ensemble (glycolyse
+ cycle de Krebs/chaîne respiratoire), mais c'est mieux que rien !!!
Cette voie de "dépannage" continue à fonctionner tant que le lactate formé est toléré par l'organisme: son
accumulation finit par induire des douleurs qui obligent le sujet à se mettre dans une situation où les
besoins énergétiques sont réduits au minimum.
Schématiquement, on peut imaginer les choses de la manière suivante:
Une personne se met à courir
 elle a donc besoin d'énergie
 tant que l'oxygène arrive au niveau des muscles, ceux-ci disposent de toute l'énergie produite par
l'ensemble (glycolyse + cycle de Krebs + chaîne respiratoire), donc pas de problèmes
 à force de courir, la personne s'essoufle et les apports en oxygène diminuent
 l’ensemble (cyle de Krebs + chaîne respiratoire) ralentit fortement puis finit par s’arrêter
 l'énergie nécessaire pour continuer à courir ne provient plus alors que de la glycolyse, qui
peut encore fonctionner grâce à la régénération du NAD via la conversion du pyruvate en
lactate
 le lactate s'accumule dans les cellules => les douleurs liés à ce métabolite obligent la
personne à s'arrêter
 l'énergie nécessaire est alors minimale, et la personne peut reprendre son souffle
 l'oxygénation redevient satisfaisante
 la production d'énergie peut donc à nouveau se faire via le cycle de Krebs et la chaîne
respiratoire
62
 la formation de lactate se ralentit car elle n’est plus nécessaire, mais le lactate
accumulé doit être éliminé
 la
réaction Pyruvate/Lactate étant réversible, la LDH
catalyse alors la
transformation du lactate en pyruvate, ce qui est possible puisque le NAD est à
nouveau disponible
 tout rentre dans l'ordre.
63
7.4. METABOLISME DES PROTEINES
7.4.1. GENERALITES
Les protéines tissulaires, présentes notamment au niveau des muscles, représentent environ 10 kg chez
un adulte normal.
Toute protéine est caractérisée par une durée de vie qui lui est propre et qui peut être très différente d'une
protéine à l'autre (de quelques secondes à plusieurs mois). Chaque jour, dans l’organisme 400 g de
protéines sont normalement dégradées et les acides aminés libérés:

servent, pour les 3/4, à resynthétiser de nouvelles protéines. Il y a donc en permanence un
renouvellement des protéines constitutives de l'organisme, toute protéine catabolisée devant être
remplacée afin de maintenir un équilibre satisfaisant.

pour le 1/4 restant, sont dégradés; les produits de cette dégradation rejoignent notamment le
cycle de Krebs, permettant ainsi la production d’énergie. Un apport alimentaire quotidien
d'environ 100 g de protéines est donc nécessaire pour compenser cette perte protéique et
maintenir l'équilibre azoté de l'organisme.
Il n'existe pas véritablement de forme de stockage des acides aminés, qui soit l'équivalent du glycogène
hépatique et musculaire pour le glucose ou des triglycérides du tissu adipeux pour les acides gras. Les
protéines apportées en excès dans l'alimentation seront donc:

soit catabolisées pour produire de l'énergie

soit éventuellement converties en glucose ou en acides gras.
L'organisme renferme plusieurs milliers de protéines différentes dont les rôles sont très variés; la liste
suivante en fournit quelques exemples.

constituants de structure: ex. protéines musculaires, collagène de la peau et des os,…

participation au maintien du pouvoir osmotique: ex. l’albumine sanguine qui concourt au maintien
d’une certaine pression à l’intérieur des vaisseaux

transporteur: spécifique comme la transferrine qui véhicule le fer dans le sang, ou transporteur non
spécifique comme l’albumine (cette protéine véhicule les acides gras libérés du tissu adipeux vers
les organes qui les dégradent pour produire de l’énergie)

activité hormonale: ex. la TSH, l’insuline (attention: toutes les hormones ne sont pas des protéines)

défense contre les agressions par des agents externes, notamment bactériens: ex. les
immunoglobulines qui participent à la défense de l’organisme contre les infections

les enzymes qui règlent le métabolisme (la quasi-totalité des enzymes sont des protéines).
64
7.4.2. DIGESTION DES PROTEINES ALIMENTAIRES
Apport alimentaire
L'apport alimentaire en protéines doit être:

quantitativement suffisant pour assurer le maintien du pool protéique de l'organisme (100 g/j
chez l'adulte normal)

qualitativement satisfaisant, car toutes les protéines ne possèdent pas les mêmes qualités
nutritionnelles: pour renouveler une protéine donnée, il faut que l'organisme dispose des acides
aminés qui la composent et que ceux-ci soient présents en quantité suffisante. Si un des acides
aminés nécessaires vient à manquer, alors la protéine ne peut être synthétisée même si tous les
autres acides aminés entrant dans sa composition sont présents en quantité excédentaire.
L'homme est incapable de synthétiser certains acides aminés ; pour se procurer ces acides
aminés qualifiés d’essentiels, une seule solution: l'alimentation. Tous les aliments n'ont pas la
même teneur en acides aminés essentiels: généralement, les protéines animales en contiennent
davantage que les protéines d'origine végétale. En variant les apports en aliments végétaux, il est
pourtant possible d'obtenir un apport en acides aminés essentiels satisfaisant; à ce titre, le soja
est un aliment particulièrement intéressant.
Source majeure d’apport azoté pour l’organisme, les protéines alimentaires représentent 10-15% de la
ration calorique alimentaire. Leur valeur énergétique (environ 4 kcal/g de protéines dégradées) est voisine
de celle des glucides, mais inférieure à celle des lipides (9 kcal/g).
Digestion intestinale
Dans le tube digestif, les protéines apportées par l'alimentation sont hydrolysées par des protéases
sécrétées par l’estomac (pepsine) et le pancréas (trypsine, chymotrypsine, élastase, carboxypeptidases).
Produites par ces tissus sous forme inactive (ces formes inactives sont appelées zymogènes: le
pepsinogène, le trypsinogène,…), ces enzymes sont activées dans l’intestin où elles exercent leur action
protéolytique.
Elles coupent les liaisons peptiques engageant spécifiquement certains acides aminés particuliers; la
nature de ceux-ci dépend de la nature de l'enzyme. Leurs actions combinées aboutissent à la libération
d'acides aminés qui franchissent la paroi intestinale, passent dans le sang et sont véhiculés jusqu ‘aux
organes utilisateurs.
7.4.3. SYNTHESE DES PROTEINES
Généralités
La nature des acides aminés et l'ordre dans lequel ces acides aminés sont liés les uns aux autres:

détermine la structure d'une protéine et conditionne sa fonction. Si la composition en acides
aminés n'est pas strictement respectée, alors la molécule synthétisée est souvent non
fonctionnelle,
65

est la traduction d’une information contenue dans l‘ADN qui constitue les chromosomes.
La synthèse protéique est une voie métabolique complexe nécessitant:
 les 20 acides aminés qui sont les "briques" constitutives des protéines
 de l'énergie; à ce titre, cette voie est très consommatrice puisque la formation d’une seule liaison
peptidique "consomme" 6 ATP
 de "l'intelligence et des ustensiles" pour que les "bons" acides aminés se lient les uns aux autres
dans le « bon » ordre: les ARN de transfert porteurs chacun d'un acide aminé s'associent à l'ARN
messager qui "contient la recette" de la protéine que lui a "transmise" l'ADN. Ils positionnent ainsi
les acides aminés les uns à côté des autres dans un ordre bien défini, ce qui permet à des
enzymes spécifiques de créer au fur et à mesure les liaisons peptidiques. Le processus se déroule
au sein d'un "grand bol" où tous les ingrédients sont rassemblés: l'ARN ribosomial. Une fois la
"recette" terminée, la chaîne protéique synthétisée est libérée et rejoint le lieu où elle doit exercer
son action.
Comment l’information génétique est-elle utilisée pour permettre la synthèse des
protéines ? A L’USAGE EXCLUSIF DES NON-SCIENTIFIQUES
La « recette » pour fabriquer une protéine donnée (= indication de la nature des ingrédients et de la
procédure de fabrication) est contenue dans le « grand livre de cuisine » que constitue l’ADN; celui-ci
renferme en effet les "recettes" permettant de synthétiser TOUTES les protéines de l’organisme.
Tout se passe comme si, disposant d’un livre de cuisine très précieux écrit en vieux français (=l’ADN) et
conservé dans une bibliothèque prestigieuse (= le noyau de la cellule), on souhaitait réaliser une des
recettes dans sa propre cuisine (=le cytoplasme de la cellule), autrement dit traduire une information
contenue dans un texte en fabriquant quelque chose de concret (= une protéine donnée).
Il existe plusieurs contraintes :
 le livre de recette original, étant trop précieux, ne peut être sorti de la bibliothèque. Il est possible de
faire une copie à l'identique, mais celle-ci n’est qu'une image fidèle de l’original et n’est donc pas la
traduction concrète de l'information (la cellule est ainsi capable de fabriquer un ADN copie d'un autre
ADN: ADN => ADN, c’est la REPLICATION). Ce processus permet de transmettre une copie fidèle de
l’original à une autre bibliothèque prestigieuse (la cellule peut donc fabriquer des copies d’ADN qui sont
distribuées au deux cellules « filles» formées lors de la division cellulaire)
 comme le livre est écrit en vieux français, il est difficile à déchiffrer pour un non-spécialiste; il est
possible de demander qu’une transcription en français actuel, donc lisible par vous, soit faite et vous
soit envoyée à votre domicile (donc ADN du noyau => ARN messager dans le cytoplasme, c’est la
TRANSCRIPTION); l’information originale (ADN) est transcrite de manière compréhensible pour les
utilisateurs (sous forme d'ARN m) et cette version transcrite peut sortir de la bibliothèque.
 muni de votre recette transcrite en français actuel (=ARN messager), et en utilisant des ustensiles et
des ingrédients plus ou moins spécifiques présents dans votre cuisine, vous pouvez fabriquer le gâteau
(=la protéine); en plus de l'information (= ARN messager), il faut donc:
 les ingrédients comme la farine, le beurre, … (= les acides aminés,…)
66
 les ustensiles, comme un bol pour faire le mélange (= l’ARN ribosomial) ou le verre-mesureur pour
apporter les ingrédients (= ARN de transfert permettant d'incorporer dans le bon ordre les différents
acides aminés; en fait, un verre-mesureur spécifique de chaque acide aminé est nécessaire)
 l'énergie pour faire le "mélange" (=l'ATP)
 l'intelligence (= les enzymes qui guident les réactions) pour bien comprendre la recette; sans cela, le
gâteau serait probablement raté.
La recette écrite en texte lisible pour vous est alors concrétisée par vos soins sous la forme d’un gâteau
(ARN messager en présence d'ARN de transfert, d'ARN ribosomial => Protéine, c’est le
processus de TRADUCTION).

Si par malheur, une faute existe dans le texte original, le gâteau risque fort d’être raté; il en est de
même si le texte original est correct, mais si une faute existe dans la transcription en français lisible qui
vous est fournie. Ces erreurs (= au niveau de l'ADN ou de l'ARN messager) peuvent être soit des
manques, par exemple des mots oubliés (= délétion), soit des fautes de frappe avec remplacement de
certaines lettres par d’autres, soit des ajouts de mots intempestifs (= insertion); ces erreurs au niveau
de l’ADN constituent des mutations.
Enfin si vous ne disposez pas des bons ingrédients (= manque de certains acides aminés par
exemple) , même si vous avez la bonne recette et les bons ustensiles (= ADN et ARN messager, ARN
de transfert, ARN ribosomial "corrects"), vous ne pouvez naturellement pas fabriquer votre gâteau (=
protéine).
Comment l’information est-elle codée dans les acides nucléiques ?
La structure des acides nucléiques a été présentée au chapitre "Nucléotides et Acides nucléiques".
Schématiquement, ils sont constitués par une chaîne composée d'une alternance de phosphate et d'ose, la
nature de l'ose différant selon qu'il s'agit d'ADN (désoxyribose) ou d'ARN (ribose), chaque ose étant lié à
une base azotée.
P Ose
Base
P Ose
Base
P Ose
P Ose
Base
P Ose
Base
Base
P Ose
Base
P Ose
Base
P Ose
Base
La nature de la chaîne [(P-Ose)n] ne diffère donc pas d'un ADN à l'autre; ce qui distingue deux ADN, c'est
la nature et l'ordre des bases azotées liées aux désoxyriboses. 4 bases azotées entrent dans la
constitution de l'ADN (A=Adénine, G=Guanine, C=Cytosine, T=Thymine).
Si un nucléotide donné (= [P-Ose-Base]) de l'ADN commandait pour l'incorporation d'un acide aminé
donné dans une protéine, alors seulement 4 acides aminés différents pourraient être incorporés (car 4
bases différentes => 4 nucléotides différents => 4 acides aminés différents). Or il existe 20 acides aminés
entrant dans la composition des protéines.
67
Un acide aminé ne pouvant correspondre à un nucléotide, on a pensé qu'il pouvait correspondre à un
couple de nucléotides (=dinucléotide); le nombre de dinucléotides possibles est de 4x4= 16, ce qui reste
insuffisant pour les 20 acides aminés. Pour obtenir suffisamment de combinaisons, il faut donc que chaque
acide aminé corresponde à (=soit codé par) un trinucléotide (=une séquence de trois nucléotides). On
définit ainsi des "triplets" dont l'écriture simplifiée indique la nature et l'ordre des bases: ex. AAG =
nucléotide à adénine lié à un nucléotide à adénine, lié à un nucléotide à guanine.
Compte tenu du nombre de triplets possibles (au total 4x4x4=64 combinaisons) et du nombre d'acides
aminés (=20), un acide aminé donné peut être "codé" par un ou plusieurs triplets bien définis (en revanche,
un triplet donné ne "code" que pour un acide aminé donné).
L'information contenue dans l'ADN est donc présentée sous la forme d'une succession de triplets, chacun
indiquant l'acide aminé qui doit être incorporé dans la protéine.
L'ARN messager est une transcription de l'ADN. Il contient donc la même information, simplement celle-ci
est écrite dans un langage un peu différent (les 4 bases sont l'adénine, la guanine et la cytosine comme
dans l'ADN, et l'uracile qui remplace la thymine; de plus, l'ose est le ribose). Chaque triplet de l'ARNm
correspond à un triplet de l'ADN, et donc à un acide aminé donné. La nature et l'ordre dans lequel les
acides aminés seront incorporés au moment de la synthèse d'une protéine dépendent donc de la nature
des triplets rencontrés lors de la "lecture" de l'ARNm.
Information
ADN = succession de triplets
TRANSCRIPTION de l'information
ARNm = succession de triplets
"Lecture" des triplets l'ARNm
TRADUCTION de l'information
PROTEINE= succession d'acides aminés
68
ADN (double brin)
R
Séparation des deux brins au fur et à mesure
que la copie de chacun des brins séparés est
réalisée (cf. fermeture-éclair): un brin est copié
« en continu » et l’autre par morceaux qui se
lient entre eux ensuite, pour reconstituer le
deuxième brin
E
Cheminement du processus
P
L
I
C
A
T
Deux ADN identiques à l’ADN de
départ => conservation de l’information et
I
O
transmission possible de cette même information
aux deux cellules lors de la division cellulaire.
Chaque ADN contient un brin originel et un brin
nouvellement synthétisé.
N
T
ADN
R
A
N
S
C
R
Séparation partielle des deux brins de l’ADN qui chemine
le long du double brin (cf. fermeture-éclair se refermant au
fur et à mesure) et copie au fur et à mesure de la zone
ainsi séparée pour constituer l'ARNm
ADN
SYNTHESE DE L’ARN messager
I
P
L’information contenue dans l’ARNm est la même
que celle contenue dans l’ADN, mais elle est
présentée sous une autre forme; celle-ci a l’avantage
d’être lisible directement par le système chargé de
réaliser la synthèse des protéines dans les cellules.
T
I
ARNm nouvellement synthétisé
O
N
69
TRADUCTION
(AA+ ARN messager + ARN de transfert / ARN ribosomial => PROTEINE)
Acide aminé 1 + ATP + ARNt
Acide aminé 1 – ARNt
Pour se lier entre eux, les acides aminés doivent d’abord être
« activés » (d’où la consommation d’ATP pour la première
étape).
Tous les ARN de transfert ne sont pas identiques. Un ARN de
transfert donné est capable de se lier à un acide aminé donné
bien précis.
Acide aminé 2 – ARNt
ARNm
ARN ribosomial
(en pointillés)
Ce schéma représente de
manière très simplifiée le
processus de synthèse des
protéines.
Il permet de voir le rôle joué par
les différents acteurs et de
comprendre le principe de cette
synthèse.
L'ARNm se déplace vers la droite, le triplet
suivant se positionne dans l'ARNr
Déplacement
Et ainsi de suite, jusqu'à synthèse
complète de la protéine; à ce
moment-là, la chaîne est libérée.
Acide aminé 3 – ARNt
70
7.4.4. DEGRADATION DES PROTEINES
Généralités
Les protéines qui entrent dans la constitution des tissus l'organisme sont catabolisées par des enzymes
protéolytiques. Les acides aminés ainsi libérés, peuvent être:
 réutilisés pour synthétiser de nouvelles molécules protéiques en remplacement de celles dégradées
du fait de leur "grand âge" (renouvellement naturel)
 convertis en glucose (dans le cas des acides aminés gluco-formateurs) ou éventuellement en acides
gras
 totalement dégradés et servir à la production d'énergie.
Le catabolisme des acides aminés a lieu en deux temps:

enlèvement de la fraction azotée qui est éliminée sous forme d'urée ou d'ions ammonium,

dégradation de la fraction carbonée (C, H, O) qui rejoint les voies déjà décrites pour la dégradation
des glucides et des lipides (ex. formation de pyruvate) ce qui peut conduire à la production
d'énergie.
Métabolisme de la fraction azotée
Le groupement –NH2 qui est enlevé d'un acide aminé, est:

soit transféré sur un autre composé; on parle alors de transamination (voir le chapitre
Enzymologie),

soit éliminé sous forme NH3 par désamination oxydative (= enlèvement de –NH2 et oxydation).
Dans les deux cas, le composé obtenu est un acide alpha-cétonique:
Fonction acide
R – CH - COOH
R – C - COOH
NH2
O
Fonction cétone
L'ammoniac (NH3) ou les ions ammonium (NH4+) sont relativement toxiques pour l'homme, principalement
pour son système nerveux central. Tout est donc prévu dans l'organisme pour éviter que ces composés
soient présents dans la circulation sanguine:

ils se combinent à d'autres constituants biologiques pour constituer des formes de transport non
toxiques (alanine et glutamine),
71
(4jjjj C)

ils sont métabolisés au niveau du foie qui les convertit en urée; ce composé non toxique peut
repasser dans le sang et être éliminé par voie urinaire,

les ions ammonium eux-mêmes peuvent être éliminées dans les urines.
Métabolisme de la fraction carbonée
Une fois l'azote éliminé, l'acide alpha-cétonique obtenu peut être métabolisé comme les autres composés
hydrocarbonés (type glucides et lipides). Son catabolisme conduit selon les cas à la production:

de pyruvate

d'intermédiaires du cycle de Krebs

de précurseurs des corps cétoniques.
Il est donc possible de:

synthétiser du glucose (voie de la néoglucogénèse: Pyruvate => Glucose) à partir de certains
acides aminés, qui de ce fait sont appelés acides aminés gluco-formateurs (cette synthèse est
particulièrement intéressante quand les autres sources d'apport en glucose sont déficientes),

produire de l'énergie à partir de tous les acides aminés libérés par protéolyse, notamment ceux
provenant des protéines musculaires; cette voie présente cependant deux aspects négatifs:
 la toxicité des ions ammonium
 la perte d'environ 15% de l'énergie potentielle contenue dans la molécule d'acide aminé: si
la combustion (= oxydation) était complète, on devrait obtenir du CO 2, de l’H2O et du NO2;
or c'est du NH4+ ou de l'urée (NH2-CO-NH2) qui sont produits: l'oxydation de la fraction
azotée n'est donc pas totale.
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