2. Voies cataboliques

Métabolisme : Chapitre 2, Voies du métabolisme énergétique
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VOIES DU METABOLISME ENERGETIQUE
1. Vue d’ensemble des processus métaboliques :
Même au repos, l’organisme consomme une quantité d’énergie importante.
1.1. Anabolisme – catabolisme :
La dégradation des aliments dans le tube digestif et toutes les réactions au cours desquelles les
combustibles alimentaires (glucose) sont dégradés libèrent de l’énergie pour former l’ATP : l'unité
énergétique de la cellule .
Les réactions sous conduites de l’ATP sont des réactions couplées car les groupements
phosphates riches en énergie sont transférés d’une molécule à l’autre : c’est la phosphorylation.
L’ATP est fabriquée et utilisée selon les besoins.
1.2. Réactions d’oxydoréduction et rôles des coenzymes :
Les réactions qui produisent de l’ATP dans les cellules sont des réactions d’oxydoréduction qui
mettent en jeu un transfert d’électrons entre deux réactifs : réactif donneur et réactif accepteur
d’électrons.
Oxydation = gain d’O2 ou perte d’hydrogène (perte d’électrons).
L’oxydation finale des combustibles mènent au CO2 et les atomes d’hydrogène libérés réagissent
avec l’oxygène moléculaire, qui est l’accepteur final d’électrons pour donner de l’ eau .
A la fin d’une chaîne d’oxydation, l’énergie est transférée à l’ADP pour former de l’ATP.
Les réactions d’oxydoréduction sont catalysées par des enzymes :
- deshydrogénases pour retirer l'H2
- oxydases pour le transfert d'O2
aidées par des coenzymes .
Les enzymes et les coenzymes sont retrouvés intacts en fin de réaction.
1.3. Mécanismes de synthèse de l’ATP :
Deux mécanismes :
- phosphorylation au niveau du substrat
Elle se produit quand des groupements phosphates riches en énergie sont transférés directement
des substrats phosphorylés (intermédiaires métaboliques) à l’ADP durant le processus de
dégradation biochimique d’une molécule.
- phosphorylation oxydative
Elle produit la majeure partie de l’énergie chimique disponible sauvegardée dans les liaisons de l’ATP
au cours de la respiration cellulaire. Ce processus s’effectue grâce aux protéines de transport
d’électrons faisant partie de la membrane des crêtes mitochondriales (cf photocopie).

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2. Voies cataboliques :
2.1. A partir du glucose :
2.1.1. Généralités :
Les glucides alimentaires absorbés par la muqueuse intestinale finissent par être transformés en
glucose.
Glucose :
- forme utilisée par l'organisme
- principal combustible  synthèse d'ATP
- stockage du glucose en excès sous forme de glycogène (dans la cellule
musculaire et hépatique) ou de lipides (cellules hépatique ou adipeuse)
- il pénètre dans la cellule des tissus grâce à la diffusion facilitée, processus
largement stimulé par l'insuline.
Dès son entrée dans la cellule, le glucose est phosphorylé :
ATP + glucose --> ADP + Glucose-6-P
Seules les cellules rénales, intestinales et hépatiques possèdent les enzymes nécessaires à la
réaction inverse et le glucose6-P ne peut diffuser à travers la membrane dans les autres cellules de
l’organisme : le glucose est donc efficacement retenu dans la cellule tout en maintenant une faible
concentration en glucose à l’intérieur de la cellule ce qui maintient un gradient de diffusion pour
l’entrée du glucose.
Le catabolisme complet donne :
Elle comprend :
- La glycolyse,
- le cycle de Krebs,
- la chaîne respiratoire
2.1.2. Glycolyse : (cf photocopie)
Série de 10 étapes réversibles au cours desquelles :
Le glucose donne 2 acides pyruviques et 2 ATP.
Elle a lieu dans le cytosol et n’utilise pas d’ O2 .
Elle comporte 3 phases :
- activation du glucose :
Glucoso-6-P ---> Fructose-6-P
ATP + fructose-6-P ---> ADP + fructose 1,6-bisP

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- scission du glucide :
Le fructose1-6-diP est scindé en 2 fragments interconvertibles :
Fructose 1,6-bisP ----> 3-P glycéraldéhyde + 3-P dihydroxyacétone
3-P dihydroxyacétone ----> 3-P glycéraldéhyde
- oxydation et formation d'ATP : 6 étapes,
3-P glycéraldéhyde + NAD+ + Pi ----> 1,3-bisPglycérate + NADH,H+
1,3-bisP glycérate + ADP ----> 3-P glycérate + ATP
3-P glycérate ----> 2-P glycérate
2-P glycérate <----> phosphoénolpyruvate (PEP) + H2O
PEP + ADP ----> pyruvate (CH3-CO-COOH) + ATP
Bilan de la glycolyse par molécule de glucose :
- 2 acides pyruviques
- 2 NADH,H+
- 2 ATP
2.1.3. Devenir du pyruvate :
La destinée de l’acide pyruvique dépend de l’oxygène.
1) En présence d'oxygène : Cycle de Krebs (cf photocopie)
En présence d’oxygène au moment où il est produit, la glycolyse se poursuit et le NADH+H+ produit
cèdera ces hydrogènes aux enzymes de la chaîne respiratoire.
Il s’effectue dans la matrice mitochondriale aqueuse .
Il est alimenté :
- acide pyruvique produit au cours de la glycolyse
- acides gras résultant de la dégradation des lipides, principalement les
triglycérides, qui constituent la forme de réserve la plus importante
Dans la mitochondrie, l’acide pyruvique est converti en acétylCoA :
- décarboxylation
- oxydation par retrait d'H2 captés par NAD+
- combinaison de l'acide acétique ainsi formé et du coenzyme A pour donner
l'acétylCoA

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Bilan par molécule d’acide pyruvique avant de rentrer dans le cycle :
- 1 CO2
- 1 NADH,H+
Entrée de l’acétylCoA dans le cycle :
Dans un premier temps, l'acétyl coenzyme A réagit avec l'oxaloacétate pour donner du citrate.
L'énergie nécessaire à cette réaction est fournie par le clivage de la liaison avec le coenzyme A.
Le citrate va ensuite être transformé en isocitrate qui va être décarboxylé puis oxydé pour donner
l'alpha-cétoglutarate avec réduction d'un autre NAD+ en NADH,H+. Il va à son tour subir une
décarboxylation dont l'énergie va servir à réduire un autre NAD+ et greffer un coenzyme A à la
molécule pour produire le succinyl coenzyme A. La libération du coenzyme A pour produire le
succinate va dégager de l'énergie qui va permettre de produire une molécule d'ATP à partir d'ADP
et de phosphate inorganique. Le succinate va alors subir une déshydrogénation pour produire du
fumarate, les deux hydrogènes étant récupéré par le FAD pour donner du FADH2. Cette enzyme
présente une particularité par rapport aux autres du cycle, elle est integrée à la membrane
mitochondriale interne et fait partie de la chaine respiratoire. Le fumarate va être hydraté en
malate par la fumarate déshydrogènase. Le malate va ensuite être oxydé en oxaloacétate avec
réduction d'un autre NAD+ par la malate déshydrogénase. L'oxaloacétate, le substrat de départ est
ainsi régénéré et prêt pour un nouveau cycle.
Au final, 8 étapes de réarrangements en molécules intermédiaires appelées pour la
plupart des acides cétoniques. A la fin du cycle, les 2 atomes de C de l'acide
acétique sont éliminés sous forme de CO2. L'acide oxaloacétique est régénéré et il y
a 4 oxydations par cycle.
Bilan par molécule d’acide pyruvique du cycle :
- 2 CO2
- 3 NADH,H+ + 1 FADH2
- 1 ATP par phosphorylation oxydative au niveau du substrat
Bilan à partir de l’acide pyruvique :
- 3 CO2
- 4 NADH,H+ + 1 FADH2
- 1 ATP
Bilan à partir du glucose :
- 6 CO2
- 10 molécules de coenzymes
- 2 ATP
Les coenzymes réduits doivent être oxydés de nouveau avant de retourner dans le cycle de Krebs et
la glycolyse, leurs besoins sont donc minimes.

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2) En l'absence d'oxygène : Fermentation lactique
En l’absence d’oxygène, les hydrogènes du NADH+H+ réduisent l’acide pyruvique en acide lactique
Cet acide lactique peut soit être réoxydé en acide pyruvique (qui entre dans le cycle de Krebs), soit
convertit en glucose6-P (emmagasiné sous forme de glycogène ou débarrassé de son groupement
phosphate pour être libéré dans le sang) :
CH3-CO-COOH + NADH,H+ --> CH3-CHOH-COOH+ NAD+
2.1.4. Les navettes: systèmes de transport mitochondriaux :
Les substances hydrosolubles et les ions peuvent traverser la membrane inter-mitochondriale grâce
des protéines membranaires de transport : navettes .
Les navettes sont spécifiques au type de métabolites qu'il faut faire passer.
Les navettes sont les facteurs clé pour plusieurs processus :
- Le NADH produit lors de la glycolyse dans le cytosol doit accéder à la chaîne de transfert
d'électrons pour pouvoir être oxydé par l'Oxygène.
- Certains métabolites produits par les mitochondries, doivent atteindre leurs destinations
métaboliques.
- L'ATP produit par la mitochondrie doit parvenir au cytosol où se déroule la majorité des
processus couplés à l'hydrolyse de l'ATP.
2.1.5. Chaîne respiratoire de transport d’électrons et phosphorylation
oxydative : (cf photocopie)
Ni le cycle de Krebs, ni la glycolyse utilisent directement l’ O2 . C’est la fonction exclusive de la
chaîne respiratoire de transport d’électrons, qui se charge des dernières réactions se produisant
sur la crête de la membrane interne des mitochondries .
La chaîne respiratoire se définit comme un ensemble de complexes protéiques qui assurent un
transfert de protons et/ou d'électron.
La chaine respiratoire ne va pas directement fabriquer de l'ATP, mais récupérer l'énergie stockée
dans la NADH et la FADH2 pour créer un gradient de proton. C'est ce gradient de proton qui va
fournir l'énergie nécessaire à la synthèse d'ATP.
Elle est formée de 4 complexes situés dans la membrane interne mitochondriale. Ils sont formés
par plusieurs constituants protéiques associés à différents groupes prosthétiques d'oxydoréduction
dont les potentiels augmentent progressivement le long de la chaîne respiratoire.
Le premier complexe ( FMN,Fe-S )va oxyder la NADH + H+, et ainsi se réduire, ce qui
revient à prendre deux électrons au cofacteur. L'énergie de cette oxydoréduction va permettre
d'éjecter quatre protons hors de la matrice mitochondriale. Le complexe I va ensuite retrouver
son état d'oxydation antérieur en transmettant l'électron au complexe II.
Le complexe II ( coenzyme Q ou ubiquinone ) va oxyder le FADH2 en FAD. En réalité, le FAD
est interne au complexe. Le complexe va en fait oxyder le succinate en fumarate, (réaction du cycle
de Krebs), les électrons récupérés servant à réduire le FAD en FADH2. Le second complexe est