Introduction au métabolisme
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Chap I. Introduction au métabolisme I. Introduction Toute cellule a des besoins en énergie : - Travail mécanique - Contractions musculaires - Mouvements cellulaires - Transport actif de molécules, d’ions - Synthèse de macromolécules à partir de précurseurs simples - Production de chaleur - Production d’électricité -… Figures tirées de Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company Origine de l’énergie - Ni crée, ni détruite mais TRANSFÉRÉE - Environnement - Radiations lumineuses (soleil) / organisme phototrophes (plantes vertes, bactéries photosynthétiques) Energie lumineuse + CO2 + NH3 + H2O Energie chimique glucides, lipides, Protéines, … - Substances organiques / organismes chimiotrophes (herbivores, carnivores) Energie chimique (organique) Energie chimique (organique) Métabolisme (de tous les êtres vivants) = Transformation de l’énergie chimique en d’autres formes d’énergies Nutriments fournissant de l’énergie Glucides, graisses, protéines ADP + Pi NAD+ Macromolécules cellulaires Protéines, polysaccharides, lipides, acides nucléiques FAD Catabolisme Anabolisme ATP NADH + H+ Produits terminaux pauvres en énergie CO2, H2O, NH3 FADH2 Energie chimique Précurseurs Acides aminés, sucres, acides gras, bases azotées Métabolisme Ensemble hautement intégré de réactions chimiques Structure cohérente contenant de nombreux éléments communs Nombre de réactions très grand Ex : Escherichia coli : plus de 1000 réactions Nombre de types de réactions limité Mécanismes très simples Molécules clés avec rôles centraux Régulations par mécanismes communs II. ATP : Adénosine triphosphate = forme d’énergie libre extraite des aliments et utilisée pour : - mouvements - transports - biosynthèses NH 2 Adénine Rôle central mis en évidence par C N F. Lipmann et H. Walcer en 1941 N C CH Liaisons anhydrides ATP O HC N C N O O HO P ~O P~O OH γ OH β Phosphates P OH α OCH 2 O H H HO Liaison ester H H OH Ribose Richesse en énergie dans les LIAISONS ANHYDRIDES Libération par hydrolyse des liaisons ATP + H2O ADP + Pi ΔG°’ = -7,3 kCal / mole ATP + H2O AMP + PPi ΔG°’ = -7,3 kCal / mole ATP + AMP ADP + ADP Adénylate cyclase Formation et consommation continue -1 molécule d’ATP est consommée dans la minute qui suit sa synthèse TURNOVER ÉLEVÉ - homme au repos : 40 kg ATP / 24 h exercice : 0,5 kg / min Formation et consommation continue Transport actif Absorption Activation de certains composés Contraction musculaire Influx nerveux Biosynthèse de divers composés Electricité ATP ADP + Pi Cycle de Krebs Photosynthèse Oxydation des : acides aminés glucides acides gras Bases structurales du haut potentiel de transfert du groupe Phosphate de l’ATP Répulsions électrostatiques moins forte si ATP hydrolysé O O P O O O P O O O P Adénosine O Formes de résonance du Pi et de l’ADP nombreuses O HO P O O O O HO P O O HO P O O O HO P O O III. Le NAD+ / NADH Chimiotrophes glucides lipides etc… oxydation CO2 + H2O Transport d’e- sur O2 Transporteurs NAD, FAD, NADP pyridines / flavines nucléotides NAD : Nicotinamide Adénine Dinucléotide N u c l é o t i d e N u c l é o t i d e Nicotinamide Adénine Dinucléotide site réactif NAD+ (forme oxydée) ou NADH (forme réduite) Phosphate pour NADP+ Partie réactive = cycle nicotinamide NAD+ accepte 1 ion hydrogène + 2 e 1 ion hydrure > NADH est la forme réduite > NAD+ est l’accepteur d’électrons dans des réactions du type : H NAD+ + R C NADH + R’ R C R’ + H+ O OH 1 atome d’Hydrogène fixé libre NAD+ + H+ + 2e- NADH Le NADPH utilisé presque exclusivement dans les biosynthèses réductrices, dans des réactions du type : O R CH 2 C R CH 2 CH 2 R’ + 4 H+ + 4 e- R’ + H2O IV. Le FAD / FADH2 cycle isoalloxazine Riboflavine FADH• (semiquinone) nucléotide nucléotide Forme réduite Flavine adénine dinucléotide (FADH2) Le couple FAD / FADH2 intervient dans les réactions du type : FAD FADH2 + R R + H H H C C H H C C R’ R’ H V. Le Coenzyme A Cofacteur thermostable Nécessaire aux réactions d’acylations site actif Unité β-mercaptoéthylamine Unité pantothénate Coenzyme A (CoA) Rq : CoA-SH VI. Autres composés à haut potentiel de transfert Type de liaison Phospho anhydride P O ~P Acyl-phosphate O R C O ~P Enol-phosphate R C O P ~ CH Exemples ATP, GTP, CTP, UTP, ITP, ADP, etc 1,3 diphosphoglycérate Aminoacyl-AMP phosphoénol pyruvate ΔG° ZTP ZDP ZDP + Pi -7 ZMP + Pi 3 Phosphoglycérate + Pi -10 AMP + aa -7 Pyruvate + Pi -12,8 Type de liaison Exemples Amidine phosphate créatine phosphate R C NH ~P NH arginine phosphate ΔG° créatine + Pi -10,5 arginine + Pi Thioester R C ~ O S R’ acétyl-CoA acétate + CoA -8,8 VII. Les Vitamines hydrosolubles : vitamines B vitamines C liposolubles Vitamine A : précurseur du rétinal - croissance Vitamine D : hormone / régulation du métabolisme du calcium Vitamine E : stérilité chez le rat Vitamine K : coagulation sanguine Vitamine Dérivé enzymatique Thiamine (B1) Thiamine pyrophosphate TPP Riboflavine (B2) FAD, FMN Nicotinate (niacine) NAD Pyridoxine (B6) Phosphate de pyridoxal Panthoténate CoA Biotine liée par covalence aux carboxylases Folate Tétrahydrofolate Cobalamine (B12) Coenzymes à cobamide
