IUT A Génie biologique 2004 1 Année. JPPERRET

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I.U.T. A Génie biologique
2004
1ère Année.
REGULATION HORMONALE et NERVEUSE du METABOLISME
ENERGETIQUE
J.P.PERRET
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REGULATION HORMONALE et NERVEUSE du METABOLISME
ENERGETIQUE
( parties non développées en cours )
( parties non étudiées avec le groupe E )
1. Les substrats énergétiques : glucose, acides gras et acides aminés.
1.1: formes circulantes et de réserve et conditions d’utilisation :
glucose et glycogène ( musculaire et hépatique )
acides gras libres et triglycérides ( des adipocytes )
acides aminés et protéines ( musculaires )
1.2 :les tissus utilisateurs :
hématies ; neurones ; muscles et adipocytes ( insulino dépendants )
p. 4
2 . Le glucose est nécessaire pour l’utilisation des substrats énergétiques :
p. 6
3. L’ATP est formé extemporanément à partir de quatre processus principaux :
glycolyse anaérobie cytoplasmique indépendante de l’oxygène
ß oxydation,cycle de Krebs et phosphorylations oxydatives mitochondriales
dépendantes de l’oxygène
4. Le métabolisme glucidique chez les ruminants et les monogastriques :
4.1 : l’apport alimentaire du glucose
4.2 : le contrôle neuro-hormonal de la glycogénogenèse et de la glycogènolyse
musculaire et hépatique à l’état nourri et au cours du jeûne
4.3 : la néoglucogenèse et son contrôle neuro-hormonal
4.4 : au cours de la lactation
p. 8
5. Le métabolisme lipidique chez les ruminants et les monogastriques :
5.1 : l’apport alimentaire d’acides gras
5.2 : le contrôle neuro-hormonal de la lipogenèse et de la lipolyse à l’état nourri
et au cours du jeûne
5.3 : la cétogenèse
5.4 : au cours de la lactation
p. 13
6. Le métabolisme énergétique protéique
6.1 : l’apport alimentaire des acides aminés
6.2 : leur utilisation pour le métabolisme énergétique
p. 16
7. Le contrôle de la sécrétion des hormones régulatrices du métabolisme énergétique
au cours du jeûne et à l’état nourri
7.1 : hormones pancréatiques : insuline et glucagon
7.2 : autres hormones : glucocorticoîdes
p. 17
Exercices :
p. 19
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REGULATION HORMONALE et NERVEUSE du METABOLISME
ENERGETIQUE
Toutes les cellules d’un organisme utilisent en permanence des substrats énergétiques ( glucose
et acides gras surtout, mais aussi acides aminés ) pour assurer leur fonctionnement. L’utilisation de
ces substrats permet à chaque cellule de fabriquer extemporanément la seule source d’énergie qui
peut être transférée directement aux voies métaboliques : les 2 liaisons phosphate riches en énergie
de l’ATP.
La disponibilité des substrats énergétiques varie :
a) en fonction de l’ingestion des aliments,
b) de la qualité des aliments ingérés associée aux transformations qu’ils subissent dans le tube
digestif ainsi que
c) des capacités spécifiques de chaque type cellulaire à utiliser un substrat énergétique.
Aussi il est nécessaire qu’existent des mécanismes qui permettent de favoriser ou de limiter
chaque voie métabolique et plus précisément l’activité des enzymes qui y sont impliqués. Ces
mécanismes sont de trois types :
a) régulation de la synthèse et de la dégradation des enzymes par le contrôle de l’expression des
gènes, qui est surtout hormonal mais aussi nutritionnel.
a) régulation neuro hormonale de l’activité des enzymes par leur phosphorylation
b) régulation allostérique de l’activité des enzymes par un ou des substrats ou produits de la voie
métabolique dans laquelle ils sont impliqués.
Substrat
Régulation allostérique
(-)
ENZYME
(-)
régulation neuro hormonale (synthèse, activité)
et nutritionnelle
Régulation allostérique
substrat transformé
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Nous étudierons ici uniquement les régulations neuro hormonales des principales voies du
métabolisme énergétique. Cette étude nous permettra de différencier leur importance relative chez
les mammifères ruminants et non ruminants
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Les substrats énergétiques : glucose, acides gras et acides aminés.
1.1: formes circulante et de réserve et conditions d’utilisation :
stockage limité = phosphagène
ac. aminés
ATP : production extemporanée = f (besoins)
glucose : (stockables) :ac. gras
c. cétoniques
ac. aminés (stockables)
- alimentation (après un repas)
- réserves corporelles (à jeun )
Origine des substrats énergétiques
- stockage du glucose
= GLYCOGENE
: foie et muscles
- stockage des acides gras
= TRIGLYCERIDES : adipocytes
- ( stockage des acides aminés = PROTEINES
: muscles )
Stockage des substrats énergétiques
La masse de glucose dans les liquides extracellulaires est d’environ 1g/l (0,5 chez les ruminants )
soit 0,15 g/kg de poids vif. Dans les cellules le glucose est immédiatement phosphorylé en glucose
6 phosphate ( G6P) avant d’être métabolisé ou stocké. Il est mis en réserve sous forme polymérisée,
le glycogène, dans deux tissus : le foie (environ1g/kg de poids vif, mais moins chez les ruminants )
et les muscles (environ 3g/kg de poids vif ).
Les destinées du glycogène hépatique et musculaires sont différentes. Le glycogène hépatique
est déstocké lors du jeûne ( c’est à dire lorsque le tube digestif est vide ) pour fournir du glucose qui
est sécrété dans le sang à l’usage des autres tissus. Cette réserve est épuisée après 18h de jeûne. Le
glycogène musculaire est déstocké lors du travail musculaire pour fournir du G6P utilisé
uniquement dans la cellule musculaire lorsque la quantité de glucose apportée par le sang au muscle
est insuffisante
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La quantité d’acides gras circulant dans le sang sous forme libre ( ou non estérifiée = AGL ) est
d’environ 0,1 g/l. Dans les cellules les AGL sont utilisés après leur activation en acyl-CoA. Ils sont
métabolisés ou mis en réserve sous forme estérifiée de triglycérides dans le tissus adipeux blanc (
environ 120 g/kg de poids vif ). Les triglycérides représentent donc la réserve énergétique de loin la
plus importante, théoriquement épuisée après 60 jours de jeûne chez l’homme non obèse ( mais
seulement 6 chez le rat ) ce qui signifie que l’homme bénéficie d’un mécanisme de défense contre
le jeûne particulièrement efficace.
La quantité d’acides aminés circulant dans le sang est d’environ 0,2 g/l. Leur concentration
musculaire est 20 à 30 fois plus importante. Dans les cellules ils sont utilisés surtout pour la
synthèse protéique si l’alimentation est suffisante et équilibrée. En cas de jeûne prolongé ou
d’insuffisance alimentaire, certains d’entre eux sont utilisés comme précurseurs de substrats
énergétique : glucose ou corps cétonique. Les protéines musculaires représentent la réserve d’acides
aminés ( environ 90 g/ kg de poids vif ) utilisée dans ces cas.
1.2 : les tissus utilisateurs :
SUBSTRAT
Glucose uniquement
Glucose + corps cétoniques
Glucose + acides gras
Cellules utilisatrices
Hématies
Neurones
Muscles et tissus adipeux(insulino dépendants)
et autres
Utilisation des substrats énergétiques
Les divers types cellulaires de l’organisme n’utilisent pas de la même manière les divers
substrats énergétiques.
Certaines cellules ne peuvent utiliser que le glucose. Ce sont les hématies.
D’autres n’utilisent habituellement que le glucose mais peuvent aussi utiliser, en cas de déficit de
glucose les corps cétoniques qui sont issus de la β oxydation des acides gras ou des acides aminés :
ce sont les neurones.
Les autres utilisent en proportion variable le glucose et les acides gras.
6
Par ailleurs l’entrée du glucose dans les cellules musculaires et les adipocytes nécessite la
présence d’insuline. Ces cellules sont dites insulino-dépendantes.
Nous observons qu’aucune cellule ne peut se passer de glucose. L’organisme doit donc
s’approvisionner en glucose qui proviendra soit des aliments soit d’une synthèse endogène.
2- le glucose est nécessaire pour l’utilisation des substrats énergétiques :
( cf. cours de biochimie)
ac. gras
glucose
glycolyse
ac. aminés
désamination
cytoplasme
-----------βoxydation
c. cétoniques
ac.pyruvique
mitochondries
acétyl Co A
ac. oxalo acétique
ac. gras
Glucose
ac. citrique
2 CO2
ac.aminés
cycle de Krebs
La production d’ATP ne peut se faire en l’absence de glucose
Les acides gras lors de la β oxydation , certains acides aminés après leur désamination et le
glucose sont métabolisés en acétyl CoA qui alimente alors le cycle de Krebs en se condensant à une
molécule d’acide oxalo-acétique pour former l’acide citrique. Ce cycle représente la voie finale
commune de l’oxydation des substrats énergétiques.
Ce cycle assure, en sens inverse, la synthèse d’acides aminés, de glucose et d’acides gras à partir
de ses divers intermédiaires.
Son fonctionnement requiert donc qu’il soit aussi approvisionné en acide oxalo-acétique. Il l’est
soit à partir de l’acide pyruvique généré par la glycolyse anaérobie et la désamination de certains
acides aminés, soit à partir d’intermédiaires du cycle issus de la désamination d’autres acides
aminés..
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Ainsi les acides gras qui ne fournissent que l’acétyl CoA ne peuvent assurer seuls
l’approvisionnement du cycle. Leur utilisation doit se faire de pair avec celle du glucose et
éventuellement, en cas de déficit en glucose, de pair avec celle d’acides aminés.
Si cette coopération ne peut être assurée, par exemple lors d’un jeûne ou d’une alimentation trop
riche en lipides, l’acétyl CoA en excès est transformé par le foie en corps cétoniques ( =
cétogenèse). Ce sont l’acide acéto-acétique , l’acide β hydroxy butyrique et l’acétone qui pourront
être utilisés par les neurones ou éliminés dans l’urine et par la ventilation. L’accumulation dans le
sang des corps cétoniques provoque l’acido cétose , neurotoxique.
3- L’ATP est formé extemporanément à partir de quatre processus principaux :
( cf. cours de biochimie )
Le premier est la glycolyse anaérobie qui se déroule dans le cytoplasme et ne requiert pas
l’apport d’oxygène. Le catabolisme d’une molécule de glucose en acide lactique permet la genèse
de 2 liaisons phosphate riches en énergie . Pour les hématies il s’agit de la seule source d’ATP. En
effet elles ne possèdent pas de mitochondries dans lesquelles sont localisées les autres processus de
production d’ATP nécessitant la présence d’oxygène.
Le second est la ß oxydation des acides gras ;
Le troisième est le cycle de Krebs . Chaque tour du cycle, c’est à dire l’utilisation d’1 molécule
d’acétyl CoA génère 1 liaison phosphate riche en énergie ainsi que des équivalents réducteurs. Une
molécule de glucose produit 2 molécules d’acétyl CoA à la suite de la glycolyse anaérobie. Une
molécule d’acide gras à 16 carbones produit 7 molécules d’acétyl CoA par β oxydation plus une
dernière sans β oxydation et simultanément d’autres équivalents réducteurs.
L’oxydation dans la chaîne respiratoire des équivalents réducteurs représente la quatrième source
d’ATP ou phosphorylation oxydative. 5 liaisons phosphate riche en énergie sont générées pour
chaque molécule d’acétyl CoA produite lors de la β oxydation et 11 liaisons phosphate riche en
énergie le sont lors de chaque tour du cycle de Krebs.
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Ainsi :
-
1 molécule de glucose génère :
- par glycolyse anaérobie : 2 liaisons phosphate riche en énergie
- par oxydation
-
: 26
«
«
«
«
«
«
«
«
1 molécule d’acide gras à 16 carbones génère :
- par oxydation
: 131 «
«
Une partie très faible de ces liaisons phosphate est mise en réserve dans les phosphagènes qui
sont la créatine phosphate
(vertébrés) et l’arginine phosphate (invertébrés) musculaires. Ces
phosphagènes assurent l’apport d’ATP au début d’un travail musculaire intense lorsque
l’approvisionnement du muscle en oxygène est encore insuffisant pour permettre l’oxydation des
substrats énergétiques.
4. Le métabolisme glucidique chez les ruminants et les monogastriques :
4.1. : l’apport alimentaire du glucose : ( cf. schéma de cours )
Il a lieu lorsque le tube digestif contient des aliments ce qui est le cas pendant 4 à 6h après un
repas chez les monogastriques et continuellement chez les ruminants.
Les aliments renferment surtout des polysaccharides qui doivent être hydrolysés en oses dans le
tube digestif pour pouvoir être absorbés.
Les principaux glucides alimentaires sont l’amidon, le saccharose, le fructose, le lactose, le
glucose et le glycogène. La cellulose ne constitue un apport intéressant du point de vue énergétique
que chez les herbivores.
Chez les monogastriques herbivores ou non, l’hydrolyse des glucides alimentaires digestibles par
les enzymes du tractus digestif conduit à la formation puis à l’absorption de la totalité de leurs trois
oses constitutifs principaux : le glucose, le fructose et le galactose. Ce dernier est transformé en
glucose dans le foie. Inversement la glande mammaire utilisera le glucose pour synthétiser le
galactose. Le fructose peut être transformé en glucose dans la paroi intestinale ( chez l’homme ). Il
est métabolisé dans le foie par une voie qui n’est pas soumise à un contrôle hormonal ce qui
explique qu’il soit mieux toléré que le glucose lors du diabéte insulino dépendant
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Chez les ruminants ou polygastriques, la digestion des composants alimentaires est assurée dans
un premier temps par les bactéries et les protozoaires dans les préestomacs ( panse ou rumen
surtout) qui constituent un fermenteur naturel, puis ensuite par les enzymes intestinaux.
L’hydrolyse microbienne des glucides est quasiment totale lorsque la ration n’est composée que
de fourrage. Elle n’est que partielle lorsque des céréales, donc de l’amidon y sont ajoutés. Les oses
libérés sont ensuite fermentés. Les principaux produits des fermentations sont les acides gras
volatils (AGV) : acides acétique (C2), propionique (C3) et butyrique (C4) et des gaz : CO2 et CH4..
Avec une ration de fourrage les AGV représentent 70 % de l’énergie apportée par les aliments.
Dans ce cas les seuls glucides qui arrivent dans l'intestin sont les glucosanes des microorganismes.
Ils ne fournissent qu’1 % de l’énergie. Avec une ration mixte fourrage et céréales, les AGV
représentent 50 à 60 % de l’énergie apportée par les aliments. Dans ce cas le glucose alimentaire
absorbé en représente 2 à 16 % .
Ainsi la digestion des glucides alimentaires se traduit par l’absorption d’une faible proportion des
oses. Il en résulte que la glycémie des ruminants reste faible en permanence . Sa valeur est la
moitié de celle des monogastriques.
Les proportions des divers AGV dépendent de la ration. Le C2, toujours dominant, l’est d’autant
plus que la ration est riche en fourrage. La proportion de C3 ou C4 augmente au détriment de celle
du C2 avec l’apport de céréales ( amidon ) ou betterave ( saccharose ). Les AGV sont absorbés à
travers la paroi du rumen. Au cours de cette absorption le C4 est transformé en corps cétoniques.
Les gaz sont rejetés par éructation. Le rejet de méthane correspond à une perte moyenne de 8%
de l’énergie apportée par la ration.
Si on retient comme critère du jeûne la vacuité du tube digestif ( = pas d’absorption digestive )
les ruminants ne sont jamais à jeun. Par contre, si on retient comme critère la valeur de la glycémie
ils sont toujours à jeun.
.
10
4.2 : le contrôle neuro- hormonal de la glycogènogenèse et de la glycogènolyse musculaire
et hépatique :
La glycogènogenèse est la mise en réserve du glucose sous forme de glycogène. La glycogènolyse
est l’hydrolyse du glycogène.
-
La glycogènogenèse :
Elle est intense lorsqu’un excédent de glucose apparaît dans le sang, c’est à dire après un repas,
sauf chez les ruminants.
Deux types cellulaires peuvent stocker le glycogène : les hépatocytes et les cellules musculaires
hormone, neurotransmetteur
GLYCOGENE
( + ou - )
glycogène phosphorylase
hormone,neurotransmetteur
( + ou - )
glycogène synthase
glucose 6 phosphate
utilisation locale
I
I
I
(-)
G6 phosphatase
glucokinase I
hexokinase
(+ )
I
insuline
I
I
glucose
I
glucose
I
FOIE I MUSCLE
I
-------------I GLUT 1 I--------------------------I GLUT 4 I -------------------SANG
(+)
Insuline
utilisation extra hépatique
GLUCOSE
Voies et différences essentielles du métabolisme glucidique hépatique et musculaire
Le glucose sanguin y pénètre par diffusion facilitée. Mais les transporteurs ( = GLUT ) mis en jeu
sont différents. Pour les cellules musculaires leur présence (= GLUT 4 ) dans la membrane
cellulaire dépend de l’insuline. L’entrée du glucose par les GLUT 1 des hépatocytes ne dépend pas
de l’insuline.
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Une fois dans la cellule le glucose est phosphorylé en G6P . Dans la cellule musculaire par une
kinase (hexo) dont l’activité ne dépend pas d’un contrôle hormonal mais d’une régulation
allostérique : elle est inhibée par le G6P. Dans l’hépatocyte par une autre kinase (gluco) dont
l’insuline augmente l’expression donc l’activité ( sauf chez les ruminants, chez lesquels la faible
glycémie va de pair avec une sécrétion réduite d’insuline ).
La voie de synthèse du glycogène à partir du G6P met en jeu 4 enzymes. Sa régulation neuro
hormonale est assurée au niveau de l’une d’entre elles : la glycogène synthase. Cet enzyme est
active sous forme non phosphorylée. L’insuline en stimule la formation en activant la glycogène
synthase phosphatase.
A l’inverse le glucagon, dans le foie, et la (nor)adrénaline, dans le muscle stimulent, via la
protéine kinase A (PKA) l’inactivation par phosphorylation de la glycogène synthase.
GLYCOGENOLYSE
GLYCOGENOGENESE
(nor)adrénaline ( β ) : MUSCLES
glucagon
: FOIE
glycogène N
glycogène
phosphorylase
inactive
phosphorylase
phosphatase /P
(+)
Insuline
(+)
PKA
glycogène N
glycogène
synthase/P
inactive
(+)
(+)
phosphorylase
kinase/P
(+)
(+) glycogène
protéine kinase
phosphorylase/P Ca++/calmoduline
active
dépendante
(+)
glycogène N-1
glycogène (+)
synthase
active
(nor)adrénaline ( α ) : FOIE
messagers de la contraction : MUSCLES
(ac.choline, norad, etc…)
glycogène
synthase
phosphatase/P
(+)
Insuline
glycogène N-1
régulation nerveuse et hormonale de la glycogénogenèse et de la glycogènolyse.
( /P = protéine phosphorylée )
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-
La glycogènolyse :
La glycogènolyse est intense lorsque la glycémie diminue au cours du jeûne.
La voie de formation du G6P à partir du glycogène met en jeu 4 enzymes. Sa régulation neuro
hormonale est assurée au niveau de l’une d’entre elles : la glycogène phosphorylase. Cet enzyme est
actif lorsqu’il est phosphorylé par une phosphorylase kinase.
L’activation de cette kinase est elle même assurée par deux kinases . Par la PKA stimulée dans le
foie par le glucagon et dans le muscle par la (nor)adrénaline via ses récepteurs β. Par la protéine
kinase Ca++- calmoduline dépendante stimulée dans le foie par la (nor)adrénaline via ses récepteurs
α et dans les muscles par les messagers qui déclenchent la contraction musculaire.
A l’inverse, l’insuline inactive la phosphorylase kinase en stimulant la phosphorylase
phosphatase.
La destinée du G6P n’est pas la même dans les cellules musculaires et hépatiques. Seules ces
dernières possèdent l’enzyme glucose 6 phosphatase qui déphosphoryle le G6P. Le glucose formé
diffuse alors passivement dans le sang. Il est mis à la disposition de toutes les cellules utilisant le
glucose. Dans les cellules musculaires le G6P n’est utilisé que sur place par glycolyse anaérobie et
oxydation.
4.3 : la néoglucogenèse et son contrôle neuro-hormonal
La néoglucogenèse est la synthèse de glucose à partir de précurseurs non glucidiques. Elle est
assurée par le foie et dans une moindre mesure par le rein.
Chez les monogastriques les principaux précurseurs sont :
-
l’acide lactique issu de la glycolyse anaérobie, produit en permanence par les hématies, mais
aussi par les muscles lorsqu’ils reçoivent un apport d’oxygène insuffisant.
-
le glycérol issu de la digestion des lipides alimentaires et de l’hydrolyse des triglycérides de
réserve ( = lipolyse )
-
les acides aminés ( essentiellement l’alanine et la glutamine ) issus de la protéolyse musculaire.
Chez les ruminants ces précurseurs ont un rôle mineur. Les principaux sont les AGV(C3
surtout).
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La néoglucogenèse a pour rôle de synthétiser du glucose lorsque l’organisme n’en dispose pas
suffisamment, ce qui est le cas lors du jeûne. Elle doit donc être particulièrement intense chez les
ruminants puisque l’absorption digestive du glucose y est très faible.
Elle met en jeu 4 enzymes dont l’activité est réprimée par l’insuline et à l’inverse induite par les
glucocorticoîdes et stimulée par le glucagon et la (nor)adrénaline.
4.4 : au cours de la lactation
Les cellules galactogènes de la glande mammaire prélèvent dans le sang le glucose nécessaire
pour la synthèse du lactose. Ainsi chez une femme qui sécrète au maximum de la lactation 0,75 l de
lait à 60 g de lactose / l ce prélèvement est de 45 g/jour justifiant un supplément correspondant en
glucides alimentaires. Chez une vache produisant quotidiennement 30 l de lait à 46g de lactose / l,
ce prélèvement est de 1440g. Le glucose provient quasiment en totalité de la néoglucogenèse
hépatique. Il convient donc de fournir à la vache allaitante un régime favorisant la production de C3
et d’éviter de placer l’animal dans des conditions de stabulation provoquant un stress générateur de
l’épuisement de la cortico surrénale qui limiterait la néoglucogenèse.
5. Le métabolisme lipidique chez les ruminants et les monogastriques :
5.1 : l’apport alimentaire d’acides gras :
Chez les monogastriques herbivores ou non l’hydrolyse des lipides alimentaires par les enzymes
du tractus digestif libère des acides gras qui sont réestérifiés dans les entérocytes avant de passer
soitsous forme de chylomicrons dans la circulation lymphatique qui les déverse dans le sang cave
mammifères ), soit sous forme de portomicrons dans le sang porte ( oiseaux ). Les acides gras
absorbés sont identiques à ceux qui ont été ingérés.
Chez les ruminants les lipides alimentaires sont d’abord hydrolysés par les microorganismes. Les
acides gras végétaux libérés, très insaturés, sont saturés pour être incorporés dans les lipides
bactériens. Les microorganismes synthétisent aussi des acides gras spécifiques, ramifiés. Les lipides
bactériens subissent ensuite dans l’intestin du ruminant le même sort que les lipides alimentaires
chez les monogastriques. Ainsi les acides gras absorbés sont différents des acides gras ingérés.
Aussi les graisses de réserve et du lait des ruminants sont-elles particulièrement saturées
comparativement à celles des autres mammifères.
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5.2 : le contrôle neuro-hormonal de la lipogenèse et de la lipolyse :
La lipogenèse englobe la synthèse des acides gras et leur mise en réserve sous forme de
triglycérides dans le tissus adipeux et parfois dans le foie ( oiseaux). La lipogenèse dans la glande
mammaire n’est pas suivie par une mise en réserve des TG mais par leur sécrétion dans le lait. La
lipolyse correspond à l’hydrolyse des triglycérides du tissus adipeux et à la remise en circulation
d’acides gras non estérifiés ou libres et de glycérol qui sera utilisé pour la néoglucogenèse.
-
la lipogenèse :
Chez les monogastriques elle est assurée à partir de deux substrats, les acides gras et le glucose,
lorsque l’alimentation les fournit en quantité excédent les besoins énergétiques de l’organisme. Les
acides gras pénètrent par diffusion passive dans les adipocytes après avoir été libérés des
triglycérides des chylomicrons par la lipoprotéine lipase. Cet enzyme sécrété par les adipocytes est
fixé sur la paroi des capillaires . Le glucose y pénètre par un transporteur GLUT 4 dépendant de
l’insuline.
Chez les ruminants le glucose qui n’est jamais en excédent, n’est pas un substrat de la lipogenèse
dont le principal précurseur est le C2 qui pénètre dans l’adipocyte par diffusion passive.
L’insuline stimule la lipogenèse en activant par phosphorylation plusieurs des enzymes de cette
voie à commencer par la lipoprotéine lipase.
-
la lipolyse :
Elle est due à l’activité de la lipase hormono sensible. Elle est inhibée par l’insuline. Elle est
activée par la (nor)adrénaline (β) chez les mammifères ou le glucagon chez les oiseaux.
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C2
( ruminants )
triglycérides
des chylomicrons
oxydation
néoglucogenèse Glucose
( foie )
( sauf ruminants)
SANG
lipoprotéine AGL + glycérol
(+) Insuline
---------------------------------lipase---------------------------------------------------------------GLUT 4------------TISSUS
ADIPEUX
AGL
+
glycérol
(+)
Insuline
lipase hormono sensible
(-)
(+)
Insuline (nor)adrénaline
ou glucagon
triglycéride de réserve
acyl CoA
glycérol 3 phosphate
G6P
Insuline (+)
acétyl CoA
Régulation nerveuse et hormonale de la lipogenèse et de la lipolyse.
5.3 : la cétogenèse
C’est la formation de corps cétoniques. Elle a lieu dans le foie à partir de l’acétyl CoA lorsque sa
production à partir de la β oxydation est excessive, ce qu’on observe en cas de déficit de glucose.
Dans ce cas les corps cétoniques sont utilisés par les neurones. L’apport de glucose inhibe la ß
oxydation ( régulation allostérique ).
Chez les ruminants la source majeur de corps cétoniques est le C4 qui est transformé en acide ß
hydroxy butyrique dans la paroi du rumen.
5.4 : au cours de la lactation
La glande mammaire est le lieu d’une lipogenèse intense surtout dans les espèces sélectionnées
pour leur production laitière. Chez la vache elle exporte quotidiennement 1200 g de triglycérides.
Elle y est régulée comme dans le tissus adipeux.
16
Les acides gras qui y sont synthétisés, surtout à partir du C2 chez les ruminants ( 40 % des acides
gras totaux du lait ) diffèrent de ceux du tissus adipeux en ce qu’ils sont constitués d’une proportion
élevée d’acides gras à chaîne moyenne ( nombre d’atomes de C inférieur à 12 ). Ces acides gras
sont utilisés par les jeunes allaités uniquement pour la β oxydation et ne sont pas incorporés dans
les lipides structuraux ou de réserve. Les acides gras plus longs sont en partie synthétisés dans la
glande mammaire ( jusqu’à C=16 ), ou bien issus en totalité du tissus adipeux et prélevés dans le
sang ( C=18 et plus ).
6
Le métabolisme énergétique protéique :
6.1 : l’apport alimentaire d’acides aminés : ( cf schéma de cours )
Chez les monogastriques la digestion des protéines alimentaires conduit à la libération de leurs
acides aminés constitutifs dont certains, dits indispensables, ne peuvent être synthétisés par
l’organisme. La ration protéique doit couvrir quantitativement et qualitativement les besoins
générés par le renouvellement constant des protéines corporelles et la croissance. Elle doit donc
avoir idéalement la même composition que les protéines corporelles (= équilibrée ). Dans ce cas sa
valeur alimentaire est dite élevée. C’est généralement le cas lorsque les protéines de la ration sont
d’origine animale. Une ration d’origine végétale peut aussi être équilibrée, mais l’association des
produits végétaux consommés requiert de bonnes connaissances de diététique.
Chez les ruminants la digestion des protéines alimentaires présente une étape préalable : leur
hydrolyse bactérienne dans le rumen. Cette hydrolyse affecte 35 à 60 % d’entre elles, selon la
nature de la ration. Les acides aminés libérés sont utilisés par les microorganismes pour leur
synthèse protéique. Ils sont aussi utilisés comme substrats énergétiques au cours de fermentations
dont le principal produit est l’NH3, mais aussi les AGV . L’NH3 est aussi formé à partir de l’urée
déversée dans le tube digestif par la salive ou introduite dans la ration.
Les microorganismes synthétisent alors, à partir des chaînons carbonés issus de la désamination
des acides aminés, et de l'NH3, de nouveaux acides aminés. Ainsi les protéines végétales non
dégradées et les protéines microbiennes qui arrivent dans l’intestin constituent la ration protéique
finale du ruminant. Par rapport à celle qui lui est apportée par l’aliment elle est mieux équilibrée et
renferme tous les acides aminés.
Ainsi, chez les ruminants la digestion microbienne dans le rumen contribue à améliorer la valeur
alimentaire des protéines végétales sans qu’il soit nécessaire de leur fournir des protéines animales.
17
6.2 : l’utilisation des acides aminés pour le métabolisme énergétique
La principale destinée des acides aminés fournis par l’alimentation est d’assurer la synthèse
protéique. L’excédent est utilisé après désamination. L’NH3 transformé en urée par le foie est
éliminé dans l’urine ( et dans la salive chez les ruminants ). Les chaînons carbonés sont utilisés pour
produire soit de l’acétyl CoA ( acides aminés cétogènes ) soit un intermédiaire du cycle de Krebs
( acides aminés glucoformateurs : néoglucogenèse ). C’est ainsi que les acides aminés entrent dans
le processus de production d’ATP.
Même lorsqu’il n’y a pas d’excédent, les acides aminés peuvent être utilisés ainsi s’ils ne sont pas
incorporés dans les protéines. C’est le cas si la valeur alimentaire des protéines de la ration est
faible.
C’est aussi le cas au cours du jeûne. La protéolyse musculaire fournit les acides aminés. Ceux ci
sont interconvertis avant leur libération qui fournit essentiellement 2 acides aminés : l’alanine et la
glutamine qui vont alimenter le cycle de Krebs respectivement en acétylCoA et α cétoglutarate (
donc de l’oxaloacétate ).
Comme les protéines corporelles sont en perpétuel renouvellement, il existe une protéolyse
permanente qui fournit des acides aminés utilisés en partie pour la synthèse des nouvelles protéines
et en partie pour produire de l’acétyl CoA et de l’oxalo acétate.
La synthèse protéique et la protéolyse sont contrôlées par un mécanisme hormonal. La synthèse
est stimulée par l’hormone de croissance et les androgènes parmi lesquels la testostérone est la plus
efficace. La protéolyse est inhibée par l’insuline et stimulée par les glucocorticoïdes.
7- Le contrôle de la sécrétion des hormones régulatrices du métabolisme énergétique au cours
du jeûne et à l’état nourri ( cf. : endocrinologie )
7.1 : hormones pancréatiques : insuline et glucagon
Le contrôle de leur sécrétion est essentiellement humoral. La concentration sanguine des divers
substrats énergétiques (sauf les acides aminés qui stimulent la sécrétion des 2 hormones) a un effet
18
opposé sur la sécrétion des deux hormones pancréatiques. Mais la présence de glucose est
indispensable pour que les autres substrats soient actifs. La hausse de leur concentration accroît la
sécrétion d’insuline et diminue celle du glucagon.
Le contrôle est aussi dans une moindre mesure nerveux et hormonal :
-
La stimulation parasympathique augmente la sécrétion d’insuline et freine celle du glucagon. La
stimulation orthosympathique a les effets inverses.
-
Les hormones intestinales, le gastric inhibitory peptide surtout mais aussi la gastrine, la
secrétine, la cholecystokinine (CCK), à l’inverse de la somatostatine, stimulent la sécrétion
d’insuline . Elles renforcent ainsi l’effet insulino sécréteur des nutriments.
La sécrétion de glucagon est stimulée par la CCK.
Ces deux hormones sont sécrétées en permanence. C’est le rapport de leurs concentrations
molaires sanguines qui détermine l’effet dominant qui s’inverse à la valeur de insuline/glucagon = 2
chez l’homme.
7.2 : autres hormones : glucocorticoïdes, adrénaline.
Elles interviennent dans la régulation du métabolisme énergétique lors du stress. ( cf. ch.
endocrinologie )
L’adrénaline sécrétée lors de la réaction d’alarme stimule la lipolyse et la glycogènolyse. Les
glucocorticoïdes sécrétés lors de la phase de résistance stimulent la protéolyse et la néoglucogenèse.
Ces hormones favorisent donc l’apport des substrats énergétiques aux tissus.
19
Exercices :
Compléter le schéma suivant et lui donner un titre
Expliquer ce qui différentie le rôle du foie de celui du muscle
GLYCOGENE
GLYCOGENE
GLUCOSE-6-PHOSPHATE
GLUCOSE-6-PHOSPHATE
MUSCLE
GLUT
------------------------------l
FOIE
l---------------------------------------l
GLUCOSE
SANG
Répondre par VRAI ou FAUX aux propositions suivantes :
L’insuline
………- favorise la mise en réserve des lipides
………- stimule la glycogènolyse hépatique
………- a un effet hypoglycémiant
La glycogènolyse musculaire :
………- est stimulée par le glucagon
………- augmente la glycémie
………- est inhibée par l’insuline
GLUT
l--------------------------------
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La néoglucogenèse :
………- est la formation de glycogène à partir de substrats non glucidiques
………- est stimulée par l’insuline
………- est assurée par le foie et le muscle
Chez les ruminants :
………- le principal substrat de la lipogenèse est le glucose
………- le principal substrat de la néoglucogenèse est l’acide propionique
………- la glycogènogenèse est stimulée par l’adrénaline
La lipogenèse :
………- correspond à la synthèse d’acides gras et de triglycérides
………- utilise comme substrat le glucose issu du glycogéne musculaire
………- génère des corps cétoniques
La lipogenèse :
…………..- est stimulée par l’insuline
…………. - utilise le glucose chez les monogastriques
- utilise de préférence les acides gras et ……………………………………chez les ruminants
Exposés :
-
La régulation hormonale de la lipolyse. Préciser quel est le rôle de la lipolyse.
-
Expliquer pourquoi la néoglucogenèse est quantitativement plus importante chez les mammifères
ruminants que chez les non ruminants.
Plan souhaitable : 1)définir la néoglucogenèse 2) où la néoglugogenèse a t-elle lieu ? 3)pourquoi y-at-il néoglucogenèse ? 4)pourquoi la néoglucogenèse doit-elle être plus intense chez les
ruminants ? : modalités de la digestion des glucides alimentaires ; substrat majeur de la
néoglucogenèse chez les ruminants
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Réécrire ci contre le texte suivant après l’avoir complété et corrigé. Ce texte concerne
les polygastriques
« Chez les polygastriques les glucides alimentaires sont transformés par les bactéries
intestinales après avoir été hydrolysés par les enzymes digestifs.
Les
principaux
produits
issus
de
leur
digestion
sont………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………….
Les oses qui sont issus de cette digestion représentent environ 80 % des oses constitutifs des
glucides alimentaires. Cependant la glycémie des ruminants reste faible : 1,5 g/l.
Le glucose n’est pas le seul substrat énergétique utilisable par toutes les cellules. Mais il
permet l’utilisation des acides gras. Du fait de la faiblesse de son absorption intestinale le
glucose qui est nécessaire aux ruminants doit être synthétisé par glycogènogenèse.
Cette synthèse à partir de substrats non glucidiques a lieu dans le muscle qui peut alors
libérer du glucose dans le sang pour permettre son utilisation par les neurones, les hématies,
les
muscles
et
aussi
la
glande
mammaire
pour
la
synthèse
de……………………………………………….
Les principaux substrats de cette synthèse du glucose sont le lactose, le glycogène et les
acides gras.
L’activité des enzymes qui contrôlent cette voie métabolique est réglée par une commande
nerveuse.
L’insuline
sécrétée
par
l’hypophyse
la
stimule
ainsi
que
le
glucagon
issu
de………………………………………et les………………………………………….sécrétés
par la cortico surrénale.
Cette voie métabolique a donc pour stimulus d’origine une diminution de la valeur de la
glycémie »