Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique
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Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE– Biotech 1 Chapitre 5 Introduction au métabolisme glucidique : régulation et hormones Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique SOMMAIRE 1. Substrats énergétiques 2. Réserves énergétiques de l’organisme 3. Hormones régulant le métabolisme 3.1. Insuline 3.2. Glucagon 3.3. Catécholamines (adrénaline et noradrénaline) 4. Les situations nutritionnelles 4.1. État post-prandial 4.2. État post-absorptif 4.3. Jeûne 2 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique SOMMAIRE 1. Substrats énergétiques 2. Réserves énergétiques de l’organisme 3. Hormones régulant le métabolisme 3.1. Insuline 3.2. Glucagon 3.3. Catécholamines (adrénaline et noradrénaline) 4. Les situations nutritionnelles 4.1. État post-prandial 4.2. État post-absorptif 4.3. Jeûne 3 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique MÉTABOLISME GLUCIDIQUE 1. SUBSTRATS ÉNERGÉTIQUES + MÉTABOLISME LIPIDIQUE = MÉTABOLISME ÉNERGÉTIQUE → physiologiquement : étroitement corrélés → régulés de façon hormonale et en fonction des situations nutritionnelles 3 types de substrats énergétiques : - GLUCOSE (alimentation ou réserves) - ACIDES GRAS - ACIDES AMINÉS (alimentation exclusivement, pas de réserve) → extraction de l’énergie = oxydations successives catalysées par des enzymes spécifiques + réduction de coenzymes transporteurs d’électrons 4 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique aliments complexes ÉNERGÉTIQUES protéines glucides lipides acides aminés glucose acides gras + glycérol digestion composés simples glycolyse dégradation en acétyl-CoA ATP cytoplasme pyruvate < intestin 1. SUBSTRATS β-oxydation < CO2 acétyl-CoA acétyl-CoA < oxydation de l’acétyl-CoA cycle de Krebs CO2 mitochondrie GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 coenzymes réduits (NADH, H+ et FADH2) oxydation dans la chaîne respiratoire : phosphorylations oxydatives ATP ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 5 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique SOMMAIRE 1. Substrats énergétiques 2. Réserves énergétiques de l’organisme 3. Hormones régulant le métabolisme 3.1. Insuline 3.2. Glucagon 3.3. Catécholamines (adrénaline et noradrénaline) 4. Les situations nutritionnelles 4.1. État post-prandial 4.2. État post-absorptif 4.3. Jeûne 6 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 2. RÉSERVES ÉNERGÉTIQUES → type de substrat selon TISSU et SITUATION NUTRITIONNELLE CH2OH O • GLUCOSE : OH OH OH - substrat universel mais présent en petites quantités OH → après un repas : stockage + utilisation par toutes les cellules → à distance des repas : déstockage + utilisation en priorité par les organes dépendants du glucose ! toutes les cellules de l’organisme sont capables de faire de la glycolyse toutes ne sont pas capables d’utiliser les acides gras - quantité modérée d’énergie (38 ATP maximum / glucose) - stockage en quantités limitées → réserves glucidiques = 60% de l’apport énergétique journalier → autonomie glucidique de 10 à 12h → réserves sous forme de glycogène - hépatique : 75 g - musculaire : 300 g - glucose circulant : 20 g 7 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 2. RÉSERVES ÉNERGÉTIQUES aliments complexes intestin glucides digestion glyc composés simples dégradation en acétyl-CoA glyc glucose glycolyse lactate og è gén o n é se e olys n é og ATP cytoplasme pyruvate fermentation (FOIE, MUSCLES) glycogène mitochondrie CO2 acétyl-CoA acétyl-CoA < oxydation de l’acétyl-CoA cycle de Krebs CO2 GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 coenzymes réduits (NADH, H+ et FADH2) oxydation dans la chaîne respiratoire : phosphorylations oxydatives ATP ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 8 B-2 Mise en réserve du glucose : le glycogène L amidon Polymère de glucose Polyoside réserve végétal.duPrincipale B-2 de Mise en réserve glucose : le glycogène Biotech 1 - 2016-2017 Polymère de glucose 2. Ralimentaires ÉSERVES chez ÉNERGÉTIQUES source de glucides Liaison α1-6 α 1-6 Intro métabolisme glucidique liaison Polymère de glucose l homme Liaison H,(H, OHOH) e α ra m 1-6 ifi c 80 at io n Liaison Chapter 2: Cell Chemistry and Bioenergetics Liaison α 1-6 α liaison α1-6 → réserves sous forme de GLYCOGÈNE H,(H, OHOH) 1 extrémité Chaîne principale Liaison α 1-4 : 75 g - hépatique réductrice Chaîne principale chaîne principale Structure similaire au Glycogène liaison α1-4 α 1-4 Liaison yoside synthétisé dans le foie et le Chaîne principale musculaire : 300 g large glycogen scle.glycogène, mais moins ramifié Liaison α 1-4 circulant : 20 g granules in ockage sous la forme de granules liaisonLiaison α1-4 α 1-4 H, OH the cytoplasm Polyoside synthétisé dans le foie et le of a liver cell muscle. Stockage sous la forme de granules Polyoside synthétisé dans le foie et cytosoliques qui contiennent les enzymes demuscle. synthèse et de branch point dégradation glucose units Stockage sous la forme de granules tosoliques qui contiennent les zymes de synthèse et de gradation L amidon 1-6 B-2 Mise en réserve du glucose : le glycogène le Polymère de glucose Polyoside de réserve végétal. Principale Polymère de glucose cytosoliques qui 13contiennent les source de glucides(A)alimentaires chez (B) 1 µm l homme enzymes de synthèse et de Liaison α 1-6 vacuole dégradation chloroplast envelope Liaison α 1-6 13 18 Chaîne principale amidon (α1-6 / α1-4 : 1/30) Structure similaire au glycogène, mais moins ramifié ! grana 13 glycogène Liaison α 1-4 (α1-6 / α1-4 : 1/10) thylakoid Glycogène principale Chaîne starch H, OH fat droplet Liaison α 1-4 utilisations différentes du glycogène selon les tissus Polyoside synthétisé dans le foie et le cell wall grana muscle. FOIE = organe “altruiste” Stockage sous la forme de granules 1 µm (C) → mobilisation de ses ressources pour maintenir la glycémie en dehors cytosoliques qui contiennent les des repas Figure 2–51 The storage of sugars and fats in animal and plant cells. (A) The struc enzymes dein synthèse et respectively. de storage form of sugars plants and animals, Both are storage polymers frequency of branch points. There are many more branches in glycogen than in starch dégradation MUSCLES = tissus “égoïstes” 18 granules in the cytoplasm of a liver cell. (C) A thin section of a chloroplast from a plant (fat droplets) that have accumulated as a result of the biosyntheses occurring there. (D accumulate in developing fat cells of an animal. (B, courtesy 13 of Robert Fletterick and 9 D D, courtesy of Ronald M. Evans and Peter Totonoz.) → mobilisation de leurs réserves pour leur utilisation propre amidon glycogène Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique • 2. RÉSERVES ÉNERGÉTIQUES ACIDES GRAS : - masse importante d’énergie - utilisation plus restreinte (très utilisés par foie et muscles) → dégradation par la β-oxydation mitochondriale → pas oxydés en absence d’O2 ou en absence de mitochondries (globules rouges) ! toutes les cellules de l’organisme sont capables de faire de la glycolyse toutes ne sont pas capables d’utiliser les acides gras - réserves sous forme de TRIGLYCÉRIDES dans les adipocytes → en moyenne 13 kg (↑ dans les sociétés occidentales) → 45 fois l’apport énergétique journalier • PROTÉINES MUSCULAIRES : - masse d’environ 6 kg - pas utilisées pour produire de l’énergie en conditions physiologiques (pas de réserve), mais utilisées en période de jeûne pour produire du glucose 10 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 2. RÉSERVES (ADIPOCYTES) triglycérides aliments complexes intestin ÉNERGÉTIQUES es t éri fica tio lip n oly se digestion composés simples b sy o i e AG acides gras + glycérol cytoplasme < dégradation en acétyl-CoA ès h nt s de lipides β-oxydation < acétyl-CoA acétyl-CoA (FOIE) corps cétoniques c gé o ét e ATP cycle de Krebs CO2 mitochondrie GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 coenzymes réduits (NADH, H+ et FADH2) oxydation dans la chaîne respiratoire : phosphorylations oxydatives < oxydation de l’acétyl-CoA s è n ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 11 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 2. RÉSERVES ÉNERGÉTIQUES - en fonction des situations nutritionnelles (après un repas / à distance des repas) : → apport discontinu de glucose → pourtant, nécessité apport constant de glucose aux tissus dépendants du glucose et à activité continue (cerveau) - “gestion des stocks” régulée par des hormones - en période d’apport élevé → stocker (glycogène hépatique, triglycérides dans le tissu adipeux) - en période de carence → mobiliser (glycogénolyse hépatique) → produire de novo (néoglucogénèse hépatique) → épargner le glucose en mobilisant des substrats de remplacement (lipolyse du tissu adipeux, libération d’acides gras) ! le glucose en excès peut être transformé en acides gras les acides gras ne peuvent pas être transformés en glucose 12 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique SOMMAIRE 1. Substrats énergétiques 2. Réserves énergétiques de l’organisme 3. Hormones régulant le métabolisme 3.1. Insuline 3.2. Glucagon 3.3. Catécholamines (adrénaline et noradrénaline) 4. Les situations nutritionnelles 4.1. État post-prandial 4.2. État post-absorptif 4.3. Jeûne 13 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 3. LES - nature des hormones - concentrations HORMONES DU MÉTABOLISME fonction de - la situation nutritionnelle - l’activité de l’organisme 3.1. Insuline - sécrétée par les cellules β (îlots de Langerhans) du pancréas endocrine en réponse à l’hyperglycémie - hormone ANABOLIQUE HYPOGLYCÉMIANTE → stimule la mise en réserve des nutriments après un repas → favorise l’entrée du glucose dans les cellules (recrutement de GLUT4 à la membrane dans le muscle et le tissu adipeux) → → → → synthèse du glycogène (foie et muscles) stimule la glycolyse et la synthèse des acides gras (foie) capture des acides gras et synthèse des triglycérides (tissu adipeux) capture des acides aminés et synthèse protéique (foie et muscles) 14 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 3. LES HORMONES DU MÉTABOLISME 3.2. Glucagon - sécrété par les cellules α (îlots de Langerhans) du pancréas endocrine en réponse à une baisse de la glycémie - hormone CATABOLIQUE HYPERGLYCÉMIANTE à action essentiellement HÉPATIQUE → mobilisation des substrats énergétiques (glycogène, triglycérides) → maintien de la glycémie en dehors des repas → augmente la production de glucose hépatique - stimule la glycogénolyse → libération de glucose dans le sang - stimule la néoglucogénèse - inhibe la glycolyse → inhibe la lipogénèse → pas de consommation de glucose 15 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 3. LES HORMONES DU MÉTABOLISME 3.3. Catécholamines (adrénaline et noradrénaline) En réponse à une baisse de la glycémie, au STRESS et à l’EXERCICE MUSCULAIRE : - synthétisées par la médullo-surrénale (adrénaline) et le système sympathique (noradrénaline) - mobilisation des substrats énergétiques → stimulent la sécrétion de glucagon et inhibent la sécrétion d’insuline → activent la glycogénolyse dans le muscle (utilisation sur place pour les besoins du muscle) → augmentent la production de glucose hépatique - stimulent la glycogénolyse → libération de glucose dans le sang - stimulent la néoglucogénèse - inhibent la glycolyse → pas de consommation de glucose → stimulent la lipolyse du tissu adipeux 16 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique SOMMAIRE 1. Substrats énergétiques 2. Réserves énergétiques de l’organisme 3. Hormones régulant le métabolisme 3.1. Insuline 3.2. Glucagon 3.3. Catécholamines (adrénaline et noradrénaline) 4. Les situations nutritionnelles 4.1. État post-prandial 4.2. État post-absorptif 4.3. Jeûne 17 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES définies par rapport à la DURÉE QUI SÉPARE L’ORGANISME DU DERNIER REPAS - substrats abondants → utilisation + mise en réserve (foie, muscle, tissu adipeux) - épuisement des substrats (baisse de la glycémie) → mobilisation des réserves pour : - rehausser la glycémie (glycogénolyse hépatique) - permettre l’effort (glycogénolyse musculaire) - alimenter les organes (lipolyse dans les adipocytes) 18 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES 4.1. État post-prandial = dans les heures qui suivent la prise d’un repas (environ 5 heures après le repas) → [insuline] plasmatique élevée [glucagon] et [catécholamines] plasmatiques faibles Le métabolisme glucidique en situation post-prandiale ! Stimulation de la synthèse de glycogène et de la glycolyse Inhibition de la néoglucogenèse et de la glycogénolyse GLUCOSE GLUCOSE Stimulation du transport de glucose et de la glycolyse recrutement GLUT4 GLUCOSE GLUCOSE Stimulation du transport de glucose et de la synthèse de glycogène Insuline élevée Glucagon et catécholamines bas Cellules sanguines 19 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES FOIE, MUSCLES 4.1. État post-prandial glucose après un repas (FOIE et MUSCLES) : - entrée du glucose dans la cellule puis séquestration par phosphorylation - glycolyse pour production d’énergie glyc og è gén o n é (FOIE, MUSCLES) glycogène se glucose-6-phosphate glycolyse ATP cytoplasme pyruvate - besoins satisfaits → stockage sous forme de glycogène (glycogénogénèse) mitochondrie CO2 acétyl-CoA < cycle de Krebs CO2 GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 20 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES 4.2. État post-absorptif = à distance des repas (environ 5 à 16 heures après le dernier repas) (déf : après une nuit sans alimentation, avant le petit-déjeuner) → [insuline] plasmatique diminue [glucagon] et [catécholamines] plasmatiques commencent à augmenter Le métabolisme glucidique en situation post-absorptive ! Inhibition de la synthèse de glycogène et de la glycolyse Stimulation de la glycogénolyse et de la néoglucogenèse Glycogénolyse Néoglucogenèse Inhibition du transport de glucose GLUCOSE Inhibition du transport de glucose et de la synthèse de glycogène Insuline basse Glucagon et catécholamines élevés Cellules sanguines 21 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES 4.2. État post-absorptif MUSCLES à distance d’un repas ou lors de l’effort (MUSCLES) : glucose-6-phosphate - dégradation du glycogène pour produire du glucose (glycogénolyse) glycolyse lactate g lyse o n gé lyco ATP cytoplasme pyruvate fermentation (MUSCLES) glycogène mitochondrie - utilisation de ce glucose (glycolyse) pour produire de l’énergie CO2 acétyl-CoA < cycle de Krebs CO2 GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 22 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES 4.2. État post-absorptif exportation ↑ glycémie FOIE à distance d’un repas (FOIE) : glucose-6-phosphate glyc - dégradation du glycogène pour produire du glucose (glycogénolyse) e olys n é og (FOIE) glycogène acides gras + glycérol cytoplasme - exportation de ce glucose vers la circulation sanguine pour rehausser la glycémie < - énergie provient essentiellement des acides gras (épargne du glucose) β-oxydation < acétyl-CoA < cycle de Krebs CO2 mitochondrie GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 23 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES exportation ↑ glycémie 4.2. État post-absorptif (FOIE) “épuisé” glycogène à distance d’un repas (FOIE) lorsque le glycogène est quasiment épuisé : glucose acides gras + glycérol cytoplasme néoglucogénèse < - synthèse de glucose à partir de substrats non glucidiques (néoglucogénèse) FOIE - exportation de ce glucose vers la circulation sanguine pour rehausser la glycémie lactate pyruvate < acétyl-CoA < - énergie provient essentiellement des acides gras (épargne du glucose) β-oxydation cycle de Krebs pyruvate CO2 mitochondrie GTP < coenzymes réduits NADH, H+, FADH2 néoglucogénèse : - emprunte les étapes réversibles de la glycolyse - contourne les étapes irréversibles par des étapes spécifiques ATP ATP ATP ATP transport d’électrons chaîne respiratoire (O2) 24 Biotech 1 - 2016-2017 Intro métabolisme glucidique 4. LES SITUATIONS NUTRITIONNELLES 4.3. Jeûne = commence 12 à 18 heures après le dernier repas → [insuline] plasmatique basse (mais non nulle en situation non pathologique) [glucagon] et [catécholamines] plasmatiques élevées Sources de glucose en fonction des apports (schéma à comprendre, mais à ne pas apprendre par coeur) Sources de glucose en :fonction des apports grammes/heures Phase Phase post-prandiale post-absorptif Jeûne précoce Jeûne intermédiaire Jeûne prolongé Pour info Exogène Glycogène Heures Néoglucogenèse Jours 25
