05/11/2013 NGUYEN Jessica L2 BMCP Pr R. PLANELLS 22

BASES MOLÉCULAIRES ET CELLULAIRES DES PATHOLOGIES – Intégration des métabolismes
05/11/2013
NGUYEN Jessica L2
BMCP
Pr R. PLANELLS
22 pages
Intégration des métabolismes
Plan
A. Introduction
I. Définition
II. Métabolisme énergétique
III. Régulation des métabolismes
B. Les sources d'énergie
I. Diversité et complémentarité des sources d'énergie
II. Les différentes sources d'énergie
III. L'acétyl-coA mitochondrial
IV.La pyruvate déshydrogénase
V. Transfert des acides gras dans la mitochondrie
VI. Schéma général des interconversions
VII. Le cycle de Krebs est alimenté par le catabolisme des acides aminés
VIII. Le rôle des transaminases dans les transports mitochondrie → cytosol
IX. Le cycle de Krebs est régulé par le rapport ATP/ADP
X. Acétyl-coA mitochondrial et cytoplasmique
C. Choix des sources d'énergie
I. Régulation de la glycolyse
II. Régulation de la β-oxydation
D. Mobilisation des réserves
I. Mobilisation du glucose à partir du glycogène (voie de la glycogénolyse)
II. Régulation de la glycogénolyse
III. Néoglucogenèse
IV.Régulation de la néoglucogenèse
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A. Introduction
I. Définition
Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et des transferts d’énergie qui se déroulent de
manière ininterrompue dans la cellule ou l’organisme vivant.
C’est un processus qui fait intervenir des réactions de dégradation des molécules de l’environnement
(catabolisme, par oxydation de matériel) pour synthétiser les molécules propres de la cellule ou de l’individu
(anabolisme).
On ajoute à cela la notion de métabolisme intermédiaire qui implique la notion d'échange avec
l'environnement.
II. Métabolisme énergétique
Toutes les cellules ont besoin d’énergie continuellement (notamment pour maintenir le gradient de sodium
dans la cellule). Mais aussi, de manière brutale, elles peuvent avoir besoin de beaucoup d’énergie (en particulier
les cellules musculaires).
A l’opposé, la fourniture d’énergie est discontinue . Elle est abondante à la fin d’un repas (post-prandial), elle
est rare en période de jeûne.
Gérer la disponibilité de l’énergie en fonction des besoins est le fait d’un ensemble de mécanismes au niveau
de :
- La cellule, qui doit capter (choisir) une source énergétique et à partir d’elle produire l’ATP.
- L’organisme qui va stocker, puis libérer les molécules riches en énergie et les distribuer aux différentes
cellules en fonction de leurs besoins.
- L’espèce s’adapte (à très long terme) à l’accessibilité aux sources d’énergie (aliments abondants ou
rares ; exemple de la révolution agricole d'il y a 17-18000 ans qui a changé profondément le mode
d'alimentation).
Il faut avoir la bonne énergie, au bon endroit et au bon moment : gérer la disponibilité de l'énergie est donc tout
l'enjeu du métabolisme.
III.Régulation des métabolismes
Les différentes régulations du métabolisme vont donc être mises en place à différents moments :
- A court terme, des régulations enzymatiques vont orienter le fonctionnement cellulaire vers la
production ou l’épargne d’énergie (par exemple, si le foie reçoit du glucose et des acides gras, il va
stocker le glucose et utiliser les acides gras. Au contraire, dans une cellule musculaire, on va plutôt
utiliser le glucose en premier et stocker les acides gras)
- A moyen terme, en tenant compte des préférences de chaque cellule, la gestion de la source d’énergie
(exogène en post-prandial ou endogène à l’état de jeûne)
- A long terme, l’adaptation aux régimes alimentaires grâce à la régulation des quantités d’enzymes
(régulation des transcriptions)
- A très très long terme, celle de l’adaptabilité aux conditions environnementales par sélection des
variants génétiques (chacun des gènes est variable, et les variants sont plus ou moins efficaces. En
fonction de l'alimentation, certains variants vont être sélectionnés à long terme pour une meilleure
adaptation à l'environnement).
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B. Les sources d'énergie
I. Diversité et complémentarité des sources d’énergie
L’ensemble des réactions participant à la vie d’une cellule utilise comme énergie potentielle la molécule d’ATP.
En 24h, la totalité des cellules de l’organisme a besoin de 124 kg d’ATP (soit deux fois notre masse corporelle
par jour!). L’énergie nécessaire ne peut donc pas être stockée sous cette forme.
Par contre, n’importe quelle cellule possédant des mitochondries peut produire de l'ATP (donc tous les types
cellulaires sauf les érythrocytes), et ceci à partir de différentes sources (oses, acides gras, acides aminés, corps
cétoniques...). Ces différentes sources sont accessibles à partir du sang, de la lymphe ou du LCR.
Tout le problème de la régulation du métabolisme va être d'aboutir à la synthèse d'ATP à partir de ces
différentes sources en un temps compatible avec la vitesse d'utilisation de l'ATP par une cellule donnée (chaque
cellule utilise une quantité différente d'ATP et cela dépend de sa fonction : une cellule musculaire consommera
beaucoup plus d'ATP qu'une cellule pancréatique par exemple).
II. Les différentes sources d'énergie
Energie chimique
Liaisons riches en
potentielle (kJ/mole) énergie (LRE/mole)
Quantité utilisée en
une journée (g/24h)
Réserve disponible
(g/individu)
ATP
30
1
124000
75
P-Créatine
43
1
37000
65
Glucose
2876
38
471
10
Glycogène (dans le
muscle et dans le
foie)
2876
39
400
400
Triglycérides (source
principale d'énergie)
33515
432
190
7000
On voit bien grâce à ce tableau que l'énergie peut être mise en réserve sous différentes formes. Les triglycérides
représentent la forme de stockage privilégiée. Ces données sont valables en anaérobie.
1. L’ATP peut être formé très rapidement
- À partir d’ADP (adénylate kinase), par tous les tissus.
- À partir de créatine phosphate (créatine-phospho-kinase ou CPK), par tous les tissus mais surtout par
le muscle.
1.
Exemple : Le muscle contient 5mMoles d'ATP et 20mM de créatine phosphate.
La créatine phosphate transfère son énergie à une molécule d’ADP.
CPK
Créatine phosphate + ADP → Créatine + ATP
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- Lorsque les réserves en ATP et en phosphate de créatine diminuent, le muscle va faire appel à sa
réserve de glucose (libre, voire glycogène) et va activer une première glycolyse qui est appelée
anaérobie.
2. L’AMP est le meilleur témoin de l’état énergétique de la cellule
-
Quand une cellule dépense beaucoup d’énergie elle consomme de l’ATP qu’elle convertit en ADP ou en
AMP.
L’ADP recèle encore une certaine énergie qu’elle ne peut convertir qu’en ATP grâce à l’enzyme
adénylate kinase.
Ce système aboutit à un maintien du taux d’ATP mais à une variation importante de la concentration
cellulaire en AMP. L'AMP est en quelque sorte le témoin (« sensor ») du manque d'ATP.
ATP
ADP
AMP
Repos
1,0 mM
5,0 mM
0,2 mM
Travail
1,5 mM
4,0 mM
0,8 mM
→ Quand on a un besoin d'énergie, ce n'est pas tant la baisse de l'ATP qui va donner le signal qui aboutira à une
compensation, mais c'est le taux d'AMP qui sera un senseur (une sorte de thermostat) et qui donnera le signal du
manque d'énergie, aboutissant à des mécanismes de compensation.
Les régulations font ainsi souvent appel à l'AMP.
3. La glycolyse anaérobie
Cette phase anaérobie est réalisée dans le cytosol et se termine en lactate.
Au pH du cytosol, la lactate déshydrogénase (LDH) fonctionne dans le sens de la production de lactate, jamais
en sens inverse.
La LDH utilise donc le NAD réduit et régénère du NAD oxydé qui est utilisé dans une étape antérieure de la
glycolyse anaérobie.
Le bilan énergétique est faible : elle convertit 1 mole glucose en 2 moles de lactate et 2 molécules d'ATP.
Au total, elle fournit au système musculaire, assez d'énergie pour 40 secondes d’effort intense sans oxygène soit
200m en sprint ou 50m en nageant.
Cette glycolyse anaérobie n'est donc pas un moyen de production d'énergie à long terme.
Le cycle alanine/glucose/lactate
Les acides aminés provenant soit des aliments, soit de la dégradation des protéines musculaires peuvent
alimenter la néoglucogenèse.
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Ce cycle dit « cycle des Cori » du nom de leurs découvreurs, permet de maintenir un taux suffisant de glucose
dans le sang même en cas de forte consommation musculaire.
Dans le muscle, on est en anaérobie. Le pyruvate y est donc produit en excès. Celui-ci va, soit former du
lactate, soit former de l'alanine. Ces deux produits passant facilement dans le sang, ils vont rejoindre le foie où
il va y avoir la réaction inverse c'est-à-dire formation de pyruvate. On a une inversion de fonction de la LDH.
De plus, puisqu'on est au niveau du foie, il va y avoir néoglucogenèse et le glucose ainsi produit va repasser
dans le muscle et lui fournir de l'énergie et se transformer en pyruvate. Ce cycle est le cycle de Cori ou cycle
alanine/glucose/lactate.
4. La source principale d’ATP est mitochondriale
-
Dans la membrane interne de la mitochondrie , le complexe de l’ATP synthase forme de l’ATP à partir
d’ADP en utilisant le gradient de pH entre la matrice et l’espace intermembranaire.
Ce gradient est le résultat du fonctionnement de la chaîne respiratoire. Ce sont les dinucléotides réduits
(NADH et FADH) qui apportent à la fois les protons et les électrons. Ceux-ci se combineront avec une
molécule de dioxygène pour donner deux molécules d'eau.
Les dinucléotides réduits proviennent principalement du fonctionnement du cycle de Krebs.
Celui-ci est initié par la condensation d'une molécule d'acétyl-coA avec une molécule d'oxalo-acétate
dans la matrice mitochondriale pour former du citrate.
III.L’acétyl-coA mitochondrial
C’est le carrefour de convergence des 2 sources principales de réserve d’énergie :
1. Il permet la glycolyse aérobie :
Le pyruvate n’est pas converti en lactate mais traverse la double membrane mitochondriale où il est utilisé par
le complexe de la pyruvate déshydrogénase pour former l’Acétyl-coA.
2. Il achève la dégradation des acyl-coAs :
Les acides gras sont convertis en acyl-coA dans le cytosol.
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Ils sont transportés de façon active et contrôlée à l'intérieur de la mitochondrie.
La dégradation des Acyl-coA ( par β-oxydation) est entièrement mitochondriale, et fournit de l'acétyl-coA.
IV. La pyruvate déshydrogénase
Dans la mitochondrie, le pyruvate est décarboxylé de manière oxydative par le complexe de la pyruvate
déshydrogénase.
Celle-ci est freinée par l’excès d’ATP, mais peut-être activée par une augmentation soudaine du calcium
intracellulaire.
De plus, l’équilibre forme active/inactive dépend de sa phosphorylation.
PDHPhosphate
inactive
Rapport élevé
Acétyl coA/coA
NADH/NAD
ATP/ADP
Kinase
Phosphatase
Augmentation
soudaine du Ca++
PDH-OH
active
Pyruvate+coA+
NAD+
Acétyl-coA + NADH +
CO2
On a un double système de contrôle :
•
•
L'un qui va maintenir un équilibre entre la forme active et la forme inactive de la pyruvate
déshydrogénase : la PDH est active lorsqu'elle est déphosphorylée et inactive quand elle est
phosphorylée. Elle va donc être activée par tout un système de phosphatases et inactivée par des kinases.
L'autre agit par des systèmes de régulations allostériques : s'il y a un excès d'acétyl-coA, de NADH ou
d'ATP, il y a un système qui freine l'activation de la PDH (il ne va pas vraiment « inactiver » la PDH
mais freiner la formation de PDH active). Inversement, quand il y a un apport très important de calcium,
(comme lors de la contraction musculaire), il y a activation de la PDH.
V. Transfert des acides gras dans la mitochondrie
1. L’acide gras est thio-estérifié par l’acyl-coA synthétase (donc 1 ATP est consommé)
2. Il est transféré sur une carnitine via une carnitine acyl transférase [carnitine palmitoyl transférase de
type 1 (CPT1)]
3. Il passe sous forme d’acyl-carnitine dans la membrane interne
4. La CPT2 le transforme en Acyl coA (palmitoyl parce que le plus souvent, l’acide gras est un acide
palmitique)
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C'est un mécanisme assez complexe et relativement régulé.
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VI. Schéma général des interconversions
Protéines
Glycogène
Acides
aminés
Glucose
urée
Triglycérides
Acides
gras
Glycérol
Glucose-6phosphate
Acides
Cétoniques
PEP
PK
Lactate
Oxaloacétate
Citrate
Acétyl-coA
Acyl-coA
Pyruvate
PDH
PEP = Phospho Enol Pyruvate
Acétyl-coA
Corps cétoniques
ATP
Les 3 sources d’énergie aboutissent à l’acétyl-coA.
Les chemins sont tous relativement contrôlés. On a des points de contrôle précis sur l'ensemble des étapes de
cette interconversion qui font qu’on va pouvoir utiliser à tout moment l’une des 3 sources principales que sont
les acides gras, les protéines et les glucides.
Quelques remarques sur ce schéma :
•
•
•
Les acides cétoniques résultent de la désamination des acides aminés.
Les acides cétoniques donnent du pyruvate mais aussi d'autres produits du cycle de Krebs ! Ils
aboutissent ainsi toujours à l'acétyl-coA.
Le lactate et les corps cétoniques sont aussi des sources d'énergie à rajouter aux cotés des 3 sources
principales, d'autant plus qu'ils peuvent nourrir les neurones par l'intermédiaire de leur apport en énergie
aux cellules gliales.
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Le cycle de Krebs est le fournisseur principal de dinucléotides réduits
Au cours du cycle de Krebs, il y a formation de dinucléotides réduits (CO2,, NADH, FADH etc) et chaque
dinucléotide réduit donne 3 molécules d'ATP.
2 étapes sont quasi irréversibles : la formation de l'α-céto-glutarate à partir de l'isocitrate et celle du succinylcoA à partir de l'α-céto-glutarate.
Ce sont des étapes limitantes c'est-à-dire que si les dinucléotides ne sont pas utilisés, il y a un système qui va
bloquer leur formation, l'isocitrate va augmenter, et former du citrate.
La régulation du cycle de Krebs est faite par la formation des NAD qui, dans la chaîne respiratoire fournissent
les électrons et les protons mais ceci étant terminé, pour former de l’ATP, il faut de l’ADP. Si on a pas d'ADP,
on bloque tout le système.
Si l'équilibre est déplacé vers 100% d’ATP, l’isocitrate formera du citrate.
Fonctionnement du cycle de Krebs
- Mitochondries (matrice)
- Plusieurs entrées possibles
o acétyl-coA et voies anaplérotiques
- génère par cupule d’acétyl-coA (après synthèse d’ATP)
o 2 CO2 + 2 molécules d'H2O
o 1 GTP
Si ADP présent,
o 4 paires d'électrons
la chaîne respiratoire
o 3 molécules de NADH+,H+
formera 9 ATP par
o 1 molécule FADH2
cupule dicarbonée
- Contrôle majeur :
o isocitrate déshydrogénase
o α-céto-glutarate déshydrogénase
qui fournissent le NADH
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VII.
Le cycle de Krebs est alimenté par le catabolisme des acides aminés
Le citrate est le seul témoin de la fonction énergétique de la cellule puisque c'est le seul produit du cycle qui ne
peut pas être produit à partir d'acides aminés.
Les acides aminés CYS, THR, GLY, SER, TRP et ALA sont des fournisseurs directs.
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VIII.
Le rôle des transaminases dans les transports mitochondrie → cytosol
Les acides aminés échangent leur fonction amine avec l’α-cétoglutarate ou l’oxaloacétate et alimentent ainsi le
cycle de Krebs.
Le malate joue un rôle central dans ces échanges.
En effet il peut s’échanger contre plusieurs composants :
- Le pyruvate (alimente le cycle)
- Le citrate (transporte l'acétyl-coA)
- L’aspartate (transporte l'oxaloacétate)
De plus ceci permet de réoxyder du coté du cytoplasme le NAD réduit produit par la glycolyse anaérobie.
Il se forme de l'oxalo-acétate à partir d'aspartate puis il est réduit en malate. Presque tous les acides aminés sont
ainsi désaminés et peuvent passer la double membrane mitochondriale pour faire fonctionner le cycle de Krebs.
On peut dire que, de manière schématique, les acides aminés permettent de mettre de l'ordre dans le cycle de
Krebs.
Il est important de retenir que le glutamate, l'aspartate, le malate et l'α-céto-glutarate peuvent passer la double
membrane mitochondriale, ce qui n'est pas le cas de l'oxaloacétate ! Le malate sert de vecteur à l'oxaloacétate
pour traverser la double membrane mitochondriale.
IX. Le cycle de Krebs est régulé par le rapport ATP/ADP
Si il y a une fonction trop importante du cycle de Krebs, l'équilibre ATP/ADP n'est plus maintenu et est déplacé
vers la formation d'ATP, le citrate s'accumule.
Les enzymes fournissant les dinucléotides réduits sont les étapes limitantes du cycle. (à savoir la formation de
l'α-céto-glutarate par l'isocitrate déshydrogénase et celle du succinyl-coA par l'α-céto-glutarate
déshydrogénase).
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X. Acétyl-coA : mitochondrial et cytoplasmique (important à connaître, « certainement le schéma le plus
important du cours » !!!)
Le catabolisme (glucides+lipides) aboutit à un acétyl-coA mitochondrial qui ne traversera les membranes que
grâce aux navettes citrate ou malate (non représentée).
La navette du citrate : l’acétyl-coA associé à l'oxaloacétate donne du citrate. S'il y a un excès de citrate (par
excès d’ATP), il passe la membrane, et dans le cytosol, il est repris en charge par une citrate lyase ce qui va
redonner l'oxaloacétate et l’acétyl-coA.
Le citrate est donc le vecteur de l’acétyl-coA pour traverser la membrane. L'acétyl-coA cytosolique peut être
pris en charge par l' acétyl-coA carboxylase et être utilisé dans la voie de synthèse des acides gras afin de
stocker de l'énergie.
On peut en plus court-circuiter au niveau du pyruvate qui, associé au CO2 permet d'obtenir de l’oxaloacétate
sans passer par l'étape de formation d'acétyl-coA. Puis l'oxaloacétate s'unit à l'acétyl-coA pour former du citrate.
C. Choix des sources d'énergie
Il existe tout un mécanisme permettant de choisir entre acides aminés, glucose ou acides gras, qui sont les 3
principales sources d'énergie.
Si l'on se trouve en anaérobie, on ne peut pas utiliser des acides gras donc il n’y aura que 2 sources d’énergie
possibles (les acides aminés et le glucose).
Ainsi, en anaérobie, si un tissu se retrouve en insuffisance énergétique, comme dans le cas des tissus dont les
artères se collapsent, il va se détruire lui-même en utilisant ses propres acides aminés.
Nous avons vu que la plus grande quantité d’énergie était fourni par l’oxydation complète de l’acétyl coA
mitochondrial.
Or cette molécule peut être fournie par 2 sources : la glycolyse d’une part et la β-oxydation des acides gras
d’autre part.
Chacune de ces voies cataboliques est régulée pour elle-même mais des mécanismes de collaboration les
rendent interdépendantes.
De plus, il faut garder en tête que le glucose sanguin sera privilégié, car son maintien à un taux convenable est
primordial (pour le cerveau par exemple, qui n'utilise que le glucose, le lactate et les corps cétoniques).
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Ainsi, même si, en cas d’effort intense, les acides gras sont choisis comme source principale d’énergie
musculaire, le foie utilisera toutes ses ressources pour sécréter du glucose (par utilisation du lactate par
exemple). C'est la néoglucogenèse, qui n'a lieu que dans le foie.
Donc voyons d’abord les sites de régulation de la glycolyse puis de l’oxydation des acides gras (la βoxydation).
I. Régulation de la glycolyse
La glycolyse est principalement régulée au niveau de 3 enzymes clés :
1. La phospho-fructo-kinase 1 (PFK1)
2. La pyruvate kinase
3. L’hexokinase (présente dans tous les tissus)
La régulation de la PFK1 est allostérique
- L’ATP et le citrate cytosolique agissent comme des inhibiteurs. On retrouve ici le citrate dont on a vu
qu’il était un « sensor » de l’état de « plein d’énergie »
- L’AMP et le Fructose 2,6 di-phosphate agissent comme des activateurs. Ici nous retrouvons l’AMP qui
est, comme nous l’avons vu, le « sensor » du manque d’ATP.
La concentration en Fructose 2,6 di-phosphate est donc primordiale sur la glycolyse. Plus elle est grande, plus
elle accélère la glycolyse, en opposition avec le citrate.
1. La Phosphofructokinase 2 (PFK 2)
C’est une enzyme bi-fonctionnelle qui peut exister sous forme phosphorylée ou non sur la sérine 32.
- Non phosphorylée, elle a une activité kinase, transformant la Fructose-6-P en Fructose-2,6-DP
- Phosphorylée, elle a une activité phosphatase transformant la Fructose-2,6-DP en Fructose-6-P
Elle est soumise à des régulations multiples :
1. Allostérique (régulation qui agit quand la PFK2 n'est pas phosphorylée): le citrate inhibe sa fonction
kinase. C'est une régulation fine qui agit dans la seconde.
2. Par phosphorylation (par des kinases et phosphatases)
La glycolyse est freinée si l’activateur fructose-2,6-DP décroit.
Le glucagon, via la protéine kinase A, est un agent phosphorylant et inhibe donc la glycolyse.
Par contre, l'insuline stimule des phosphatases et relance la glycolyse.
Ces hormones agissent dans l’heure.
La PFK2 est le siège des régulations :
Elle subit une double inhibition par le citrate :
– directe
– et indirecte par inhibition de la formation de l'activateur (le Fructose-2,6-DP
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2. Régulation de la pyruvate kinase
La pyruvate kinase est régulée allostériquement de façon ubiquitaire (c'est-à-dire dans tous les tissus) mais
différente selon les isoformes de l’enzyme.
Chez les mammifères, en effet 3 isoenzymes de la pyruvate kinase ont été mises en évidence :
- La pyruvate kinase de type L (liver) présente dans le foie ; elle est inhibée par l’ATP et l’alanine. Elle
est activée par le Fructose-2,6-BP. De plus, contrairement à l’isoenzyme musculaire, elle est régulée
par phosphorylation-déphosphorylation.
- La pyruvate kinase M, présente dans les muscles, est régulée de manière semblable, mais pas par
phosphorylation-déphosphorylation.
- La pyruvate kinase A, présente dans les autres tissus, présente une régulation intermédiaire.
Dans le foie, le glucagon freine la glycolyse et ce, car son but est d'exporter le glucose dans le sang (c'est un
agent hyperglycémiant, il veut faire augmenter le taux de glucose sanguin). Donc quand le glucagon agit sur le
foie (et uniquement sur le foie), il bloque la glycolyse de façon à ce que le maximum de glucose reste sous
forme de glucose-6-phosphate et grâce à la glucose-6-phosphatase, enzyme n'existant que dans le foie, il
redonne du glucose qui sera réexporté vers la circulation sanguine.
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Dans les autres tissus, il n'y a pas cette régulation par phosphorylation/déphosphorylation mais un contrôle
classique par excès d'énergie qui bloque la voie de la glycolyse.
3. Régulation au niveau de l'hexokinase
Elle est présente dans tous les tissus, contrairement à la glucokinase qui n'est présent que dans le foie.
Elle permet la transformation du glucose en glucose-6-phosphate.
L'activité de cette enzyme est inhibée par le produit de la réaction, le glucose-6-phosphate : c'est une régulation
en feed-back simple. Il y aura donc augmentation de la glycémie, car le glucose pénètrera moins dans les
cellules. En effet, seul le G-6-P peut rentrer dans les cellules, donc s'il y a trop de G-6-P, cela bloque
l'hexokinase, donc moins de formation de G-6-P et plus de glucose dans le sang.
II. Régulation de la β-oxydation
La β-oxydation a lieu dans la mitochondrie exclusivement.
Son métabolite terminal (et unique pour les acides gras à nombre pair de carbone) est l’acétyl-coA.
La régulation de la β-oxydation est réalisée au niveau du transfert de l’acyl-coA dans la mitochondrie.
En effet, les acides gras sont pris en charge dans la cellule par des protéines spécifiques, les Fatty Acid Binding
Proteins qui les amènent au niveau de la paroi externe des mitochondries, côté cytosol.
Nous avons vu comme les acides gras sont chargés sur le coA et puis passent les membranes mitochondriales
Il n’y a pas de régulation de la β-oxydation au sens strict du terme.
Néanmoins, le processus d’internalisation des acides gras en vue de leur oxydation est contrôlé par un
mécanisme de feed back par le produit final (l’acétyl-coA lui-même).
Nous avons vu que si le cycle de Krebs ne pouvait plus fonctionner par manque d’ADP (entièrement transformé
en ATP), le citrate pouvait passer la membrane.
Dans le cytosol, le citrate est reconnu par la citrate lyase qui est une enzyme du cytoplasme capable de scinder
la molécule de citrate et de libérer de l'acétyl-coA extramitochondrial, substrat de la synthèse des acides gras
(Cf schéma B.X.).
L'énergie permettant de créer la liaison riche en énergie de l'acétyl-coA provient de l'ATP hydrolysé en ADP et
en phosphate.
C'est la présence de l'acétyl-coA dans le cytosol qui va freiner son utilisation mitochondriale.
1. L' acétyl-coA carboxylase
Aussi appelée coenzyme biotine, c’est l’enzyme de transfert du CO2 pour activer l’acétyl-coA cytoplasmique
en malonyl-CoA, première étape de la synthèse des acides gras.
Le citrate est un activateur de l'acétyl-coA carboxylase.
Au contraire si du palmitoyl-coA s’accumule dans le cytoplasme, l’enzyme est rétro inhibée c'est-à-dire que
l’acétyl-coA carboxylase est sensible au citrate ainsi qu'au palmitoyl-coA.
Comme toutes le carboxylases, c'est une enzyme à biotine.
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2. Régulation de l’acétyl-coA carboxylase (ACC) par phosphorylation
Par le jeu des phosphorylations de phosphatases, l’ACC est inactivée (glucagon). Le glucagon maintien l'ACC
sous forme de faible affinité car il privilégie la néoglucogénèse. C'est l'inverse dans le cas de l'insuline qui
favorise la haute activité de l'ACC.
L’AMP kinase est activée par l’AMP, elle n’est sensible à l’AMP que si elle phosphorylée.
L'augmentation d'AMP entraîne une inhibition des voies de stockage de l’énergie : l'AMP kinase freine
l’utilisation des graisses.
Elle est elle même soumise à une AMP kinase qui elle-même est soumise à des régulations par l’insuline et le
glucagon.
→ L’acétyl-coA carboxylase est l’enzyme clé entre stockage et dépense (qui peut se faire sous forme
d'utilisation d'ATP, libération de chaleur...)
La chaleur : Si le cycle de Krebs est dépassé, il y a un mécanisme de régulation qui va court circuiter la
formation d'ATP. Ce phénomène est appelé l'uncoupling : l’ATP synthase ne produit pas d’ATP mais une autre
protéine, la protéine découplante, qui produit de la chaleur.
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3. Rôle du malonyl-coA
C'est le produit de l'Acétyl-CoA Carboxylase.
La réaction inverse est catalysée par la malonyl-coA décarboxylase.
Le taux de malonyl-coA contrôle l’entrée des acides gras dans la matrice mitochondriale (et donc la βoxydation). C'est le seul mode de régulation de la β-oxydation.
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4. Hypothèse de Randle
Chez les sujets diabétiques, souvent en surpoids, le taux d’acides gras circulants est élevé. En 1963, Randle a
fait une hypothèse pour expliquer l’insulino-résistance observée chez ces patients.
Quand les acides gras sont fournis en grand excès, l’acétyl-coA est produit en grande quantité. Mais la pyruvate
déshydrogénase peut être inhibée par l’acétyl-coA. La voie de l’acétyl-coA d’origine « glucose » se ferme. Le
pyruvate s’accumule et peut se convertir en oxaloacétate via la pyruvate carboxylase mitochondriale.
Donc l'oxaloacétate associée à l'acétyl-coA aboutit à un excès de citrate qui passe dans le cytosol.
A ce niveau, le citrate va inhiber la glycolyse en inhibant la PFK1. Ceci entraîne une augmentation des
métabolites en amont de la voie et l’accumulation de glucose-6-phosphate qui va inhiber l’hexokinase.
L’entrée du glucose est alors inhibée et ceci se traduirait par une « intolérance au glucose ». Il faut donc plus
d'insuline pour faire rentrer le glucose dans les cellules. L'intolérance au glucose est donc un facteur d’insulinorésistance.
Cette hypothèse longtemps en vogue est aujourd’hui considérée comme un peu trop simple et n’est pas
corroborée par des études récentes.
D. Mobilisation des réserves
Nous avons vu que chez l’homme, deux molécules sont les sources d’énergie : le glycogène (dans le foie, et
dans les muscles) et les triglycérides (dans les cellules adipeuses et dans le muscle).
Les réserves musculaires ne peuvent être utilisées que par le muscle (qui ne sécrète pas de glucose et qui ne
synthétise pas d’acides gras). Le muscle n'a pas de glycogénèse de novo.
Les réserves hépatiques sont formés principalement de glycogène, car le foie ne peut pas stocker d'acides gras,
cependant peut réaliser la lipogenèse de novo à partir de l'acétyl-coA et envoie les triglycérides ainsi formés
dans la circulation générale.
Un impératif s’impose néanmoins : alimenter le cerveau en produits qu’il peut utiliser : glucose, corps
cétoniques, lactate.
Le glycogène :
-
C'est la forme sous laquelle les glucides sont stockés dans l’organisme.
C'est un polysaccharide ramifié, constitué de nombreuses molécules de glucose unies par des liaisons α1,6 aux points de ramification.
Il est surtout emmagasiné dans le foie et les muscles squelettiques.
Les triglycérides :
-
Aussi appelés triacylglycérols ou TAG.
Ce sont des glycérides. Les groupements hydroxyle du glycérol sont estérifiés par des acides gras.
Ils sont stockés dans les adipocytes ou les muscles sous forme de gouttelettes lipidiques.
Les acides gras des TAG proviennent principalement de l'alimentation.
On admet que chez l'homme, la lipogenèse de novo (surtout hépatique) est un phénomène mineur.
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I. Mobilisation du glucose à partir du glycogène (voie de la glycogénolyse)
La fonction principale de cette voie est différente selon le tissu.
- Dans le foie elle sert principalement à augmenter la glycémie
- Dans le muscle elle sert à fournir l'énergie
On trouve 3 enzymes dans le foie permettant cette mobilisation :
• glycogène phosphorylase
• phosphodismutase
• glucose-6-phosphatase (spécifique du foie)
Dans le muscle, le glucose-6-phosphate est le substrat de la glycolyse.
Dans le foie, la glycogénolyse se prolonge par la libération du glucose dans la circulation (présence de la
glucose-6-phosphatase).
II. Régulation de la glycogénolyse
-
-
La glycogène phosphorylase n’est active que si elle est phosphorylée.
o Phosphorylation effectuée par une glycogène phosphorylase kinase (GPK)
o GPK n’est active que si phosphorylée par la protéine kinase A (PKA)
Les phosphatases respectives sont inhibées par un inhibiteur des phosphatases activé par
phosphorylation (PKA)
Un taux sensible de cAMP est nécessaire pour maintenir l’activité de la PKA. La phosphodiestérase
détruit le cAMP. L'insuline peut augmenter le taux de phosphodiestérase.
La levée de ces inhibitions (diminution du taux de cAMP) libère donc en cascade, l'activité de la
glycogène phosphorylase.
L'AMP est un effecteur allostérique de la glycogène phosphorylase.
(Ce schéma n'est pas à savoir)
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III.Néoglucogenèse
Dans le foie, il s’agit d’une voie qui permet de fournir du glucose à partir :
- Du lactate ou de l’alanine, fournis par le muscle (cycle de Cori)
- Des acides aminés, de l’alimentation ou fournis par la dégradation des protéines
- Du pyruvate (mitochondrial) qui aboutit à l’oxaloacétate.
- De l’aspartate par transamination
Dans les adipocytes cette voie fournit les molécules de glycérol nécessaires à la synthèse des TAG.
La phospho-énol-pyruvate carboxykinase (PEP-CK) est l’enzyme clé de la néoglucogenèse.
Oxaloacétate + GTP → PEP + CO2
L’efflux citrate alimente la néoglucogenèse :
KREBS
En effet, le citrate cytosolique est réutilisé pour former du glucose par cette voie de la néoglucogénèse.
La PEP-carboxy kinase utilise le GTP :
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IV. Régulation de la néoglucogenèse
La régulation de cette voie se fait :
1. Au niveau enzymatique : contrôle majeur au niveau de la Fructose-1,6-biphosphatase du foie qui est
l’enzyme clé de la régulation de la néoglucogenèse.
Hydrolyse du fructose 1,6 bisphosphate en fructose-6-phosphate
Requiert des cations divalents (Mg, Mn , Zn, ou Co) comme co-facteurs.
Inhibée par l’AMP et le fructose-2,6-biphosphate.
Activée par le citrate. Régulation inverse de PFK 1.
2. Au niveau transcriptionnel, au niveau de l'expression du gène de la PEP-CK qui est activée très
rapidement par le cAMP et inhibée par l'insuline dans le foie. La régulation de l'expression du gène est
différente dans l'adipocyte.
Voilà pour ce cours ! Quelle joie de retrouver Planells et ses merveilleux cours en L2... ! J'espère que vous
éprouverez autant de plaisir à faire ce cours que moi j'en ai eu à faire ce ronéo... ^^
GRAAAAAAAAAND merci à Victoire et Louis (encore ^^) pour leur soutien !
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