Différentes souces de l`acétyl CoA
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Energétique cellulaire B- Différentes sources de lʼacétyl-CoA Glucides Lipides Protéines Digestion et absorption Glucides simples (surtout glucose) Acides gras + glycérol Acides aminés Pyruvate Acétyl-CoA Chaî Chaîne respiratoire Cycle de l’acide citrique xH yATP 2 CO2 Acétyl CoA est la forme activé de l'acétate. C'est un carrefour métabolique. Pour le glucose, on a une étape intermédiaire par le pyruvate. A partir des lipides, dégradation des acides gras qui donnent de l'acetylCoA protéines, par dégradation donnent des acides aminés, normalement ce ne sont pas AcLes pyruvique SH des sources d'énergie. On aE2-L une dégradationHSCoA des protéines lorsque on a une régime hyper CH3-CO-COOH TDP-E1 S~ CO CH3 protéique, ou quand on fait un jeun. L'acetylCoA est dégradé dans un cycle: cycle de Krebs pour former des composés qui c a vont rejoindre la chainebrespiratoire. " I- Décarboxylation oxydative du pyruvate en acétylCoA CH -C ~ SCoA CO2 CH3-CHOH-TDP S E2-L SH E2-L 3 O H E1 Lʼacétyl-CoA nʼest produit queS dans la Smitochondrie : Nécessité pour le pyruvate dʼetre Réaction trè très complexe Acé Acétyltyl-CoA transporté du cytoplasme vers lad mitochondrie : transporteur spécifique MCT. avec de multiples étapes Complexe de la pyruvate deshydrogénase : 3 protéines enzymatiques et 5 coenzymes : a) Réaction de dé décarboxylation E3-FAD E3-FADH2 (Thiamine diphosphate) b)- E1-TDF Réaction d’ d’oxydation c) - Formation de l ’acé CoA acétyltyl-(Acide E2-Lipoamide lipoique lié à lʼenzyme) e d) Réoxydation de la dihydrolipoamide NAD+ E3-FAD NADH + H+ e) - Transfert des e- sur NAD+ Ainsi que le NAD+ et le HS-CoA (à lʼétat libre) ! Réaction irré irréversible repré représentant le lien entre la glycolyse et le cycle de Krebs 1 Ac pyruvique SH CH3-CO-COOH E2-L TDP-E1 CO2 CH3-CHOH-TDP Réaction trè très complexe avec de multiples étapes a) b) c) d) e) c b a HSCoA S~ CO CH3 S E2-L E1 SH E2-L S CH3-C ~ SCoA O SH d Acé Acétyltyl-CoA Réaction de dé décarboxylation E3-FAD E3-FADH2 Réaction d’ d’oxydation Formation de l ’acé acétyltyl-CoA e Réoxydation de la dihydrolipoamide NAD+ NADH + H+ Transfert des e- sur NAD+ ! Réaction irré irréversible repré représentant le lien entre la glycolyse et le cycle de Krebs On a le pyruvate, première réaction de décarboxylation: transfert du radical dicarboné sur le complexe E1-TDP. 1 Libération de CO2. Réaction d'oxydation, qui fait intervenir transfert de l'unité dicarboné sur l'acide lipoïque. (qui devient sous forme réduite). L'unité dicarbonée devient un acétyl. Transfert de l'actyl sur le Coenzyme A. on conserve cette liaison a haut potentiel d'hydrolyse, et on libère E2 lipoamide sous forme réduite. L'acetylCoA est libérée, il faut ensuite ré-oxyder la lipoamide, au dépend du FAD lié a E3: on régénère le complexe E2. Enfin, transfert des électrons sur le NAD+: fourniture de NADH + H+ Cette réaction a deux intérêts: ➔ " formation de NADH, composé réduit qui va permettre de former de l'ATP sur la chaine respiratoire. ➔ " Formation d'un groupement acéthyl sous forme activé (acetyl CoA) qui pourra être transféré, et qui va rentrer dans le cycle de krebs. II- Béta oxydation des acides gras II1- !Introduction -Oxydation des acides gras en acé étylac tyl-CoA : sources des acides gras Introduction: source des acides gras II - !-Oxydation des acides gras en ac O O R2 C CH2 O O C O C CH CH2 R1 3 H2O CH2OH CHOH O R3 Triglycé Triglycéride ou TG 1°- Activation sous forme d’acyl-CoA + 3 AG CH2OH Glycé Glycérol 2°- Transfert des A. gras du cytosol d 3°- Oxydation proprement dite •TG exogè exogènesgras proviennent des tryglycérides d'origine exogène ou endogène les acides - Emulsification par les sels biliaires - lipase pancré pancréatique - lipoproté lipase des capillaires sanguins lipoprot pour leséinetriglycérides endogène, on a une emulsification dans l'intestin par les sels biliaire puis pancréatique qui libère des acides gras et du glycérol * TGlipase endogè endogènes - triglycé éride lipase -sensible tissu adipeux triglyc hormono TG + 3H2O =hormonoglycérol + du 3AG (activation par adré adrénaline et glucagon par la cascade de l’ l’AMPc) AMPc) + lipoprotéine lipase des capillaires sanguins. Exemple d’ d’un ac gras à longue chaî chaîne: C16:0 (acide palmitique) •TG exogè exogènes - Emulsification par les sels biliaires - lipase pancré pancréatique II --lipoproté ! -Oxydation descapillaires acides sanguins gras en acé acétyltyl-CoA éine lipase des lipoprot Introduction: source des acides gras * TG endogè endogènes II - ! -Oxydation des acides gras en acé acéty O - triglycé triglycéride lipase hormonohormono-sensible du tissu adipeux CHla (activation par cascade de l’ adr l’AMPc) AMPc) Triglycérides endogènes Ré1naline3etHglucagon C adré O 2OH CH2 O par O 2 R2 1°- Activation sous forme d’acyl-CoA CHOH tissus C O adipeux CH O + 3 AG 2°- Transfert des A. gras du cytosol dans mobilisés par la tryglycéride lipase, par le glucagon dan CH OH hormono sensible car elle est activé CH O C R ou l'AMPc. Glycé Glycérol 2 3 2 Triglycé Triglycéride ou TG Exemple d’ d’un ac gras à longue chaî chaîne: C16:0 (acide palmitique) Activation sous forme dʼacyl-CoA •TG 2exogè ènes exog - Emulsification par les sels sous biliairesforme 1°- Activation d’acyl-CoA - lipase pancré pancréatique HS-CoA - lipoproté lipoprotéine O lipase des capillaires sanguins O R C + ATP * TG endogè endog O- ènes R 3°- Oxydation proprement dite II - ! -Oxydation des acides gras en ac O C R C S-CoA + AMP AMP 2 Pi -sensible du tissu adipeux - triglycé triglycéride lipase hormonohormono AcylCoA Acyl-de (activation par adré glucagon l’ adrénaline l’AMPc) AMPc) Acyl-adé énylate par la cascade Acylet ad Acide gras Enzyme: AcylAcyl-CoA synthé synthétase (ME de la mitochondrie) 1°- Activation sous forme d’acyl-CoA 2°- Transfert des A. gras du cytosol da d 3°- Oxydation proprement dite Réaction d'activation de l'acylCoA qui demande de l'énergie, intervention de l'ATP et du Réaction globale : coenzyme A. pour former le RCOAMP, au dépend de II - ! -Oxydation des acides gras en acé acéty 1°- Activation forme d’acyl-CoA l'AMP qui estsous hydrolysé sous forme de pyrophosphate. ! L’équivalent ADP sont O consommé ’équivalent de 2 ATP en consommés HS-CoA Le composé RCOAMP (composé intermédiaire) , récupère le coenzyme A qui remplace O O C C R l'AMP, R C S-CoA + AMP 1°- Activation sous forme d’acyl-CoA + ATP on obtientRl'acyl-CoA. AMP O2 Pi d'acy-CoA. Puis formation AcylAcyl-CoA 2°- Transfert dan Acyladé Acyl-synthétase, adénylate Acide gras Enzyme: acyl-CoA qui est au niveau de la membrane externe de la des A. gras du cytosol dans mitochondrie. Enzyme: AcylAcyl-CoA synthé synthétase (ME de la mitochondrie) ExempleAc. d’ ac+gras longue chaî d.’un chaîne: C16:0 gras HS+ ATP acyl-CoA +palmitique) + 2Pi Ac HS-àCoA acyl(acide Activation: condensation de l'AMP surAMP l'acide gras, 3°- Oxydation proprement dite Réaction globale : Ac. Ac. gras + HSHS-CoA + ATP acylacyl-CoA + AMP + 2Pi ! L’équivalent ’équivalent de 2 ATP en ADP sont consommé consommés On consomme une molécule d'ATP, formation d'une molécule d'AMP. On a deux Pi libérés. On a besoin de deux liaisons a haut potentiels d'énergie: L'équivalent de deux molécules d'ATP en ADP sont consommés. II- Transfert des acides gras du cytosol dans la mitochondrie Acide gras 3°- Oxydation proprement dite CoA ATP MEMBRANE EXTERNE O CYTOSOL 2Pi + AMP a) R CH2 CH2 CH2 C ACYL-CoA SYNTHETASE AcylAcyldeshydro deshydr FAD Acyl-CoA Acyl-carnitine HSCoA FADH2 carnitine CARNITINE ACYL-CARNITINE TRANSLOCASE MEMBRANE INTERNE CARNITINE ACYL-TRANSFERASE II (CATII) H Acyl-carnitine carnitine HSCoA O b) R CH2 C C C 2 MATRICE MITOCHONDRIALE Acy CoA S CARNITINE ACYL-TRANSFERASE I (CAT1) 1 H S " 2 -E CoA H2O "2-En hydr hyd Acyl-CoA !-OXYDATION Il faut transformé l'acyl-CoA. Membrane externe: L'alcoran synthétase (car met en jeu l'ATP contrairement a une synthase). Permet de transformer l'acide gras en AcylCoA. Ce dernier se retrouve dans OH H c) R CH2 C 3 H C 2 O C 1 S CoA L-3-OH-acyl-CoA Classification des acides gras H NAD+ nom de l’acide gras L-3-OHOH-acyl nombre de carbones l'espace intermembranaire, Il n'est pas capable de traverser la membrane interne, il s'associe à la carnitine, transfert de la carnitine sur l'acyl, qui donne de l'acyl carnitine coenzyme A, puis est pris en charge par une translocase, elle se retrouve au niveau de la matrice, libération de la carnitine par une carnitine aceyl tranferase. 1- Oxydation proprement dite Suite de réactions, oxydation, hydratation, oxydation et réaction de clivage (thiolyse). a- Oxydation qui porte sur le C2 Enzyme: acyl-CoA deshydrogénase + FAD (on récupère du FADH2) 3°- Oxydation proprement dite double liaison entre le C2 et le C3 O gras a) R CH2 CH2 CHAcide C S CoA 2 Acyl-CoA 3°- Oxydation proprement dite CoA ATP AcylAcyl-CoA deshydrogé deshydrogénase FAD 2Pi + AMP ACYL-CoA FADH2 SYNTHETASE MEMBRANE EXTERNE O H O CYTOSOL a) R CH2 CH2 CH2 C AcylAcyl-CoA deshydrogé deshydrogén FAD "2-Enoyl-CoA b) R CH2 C CAcyl-CoA Enoyl C S CoAAcyl-carnitine HSCoA 2 H 1 FADH2 carnitine H2O CARNITINE ACYL-CARNITINE CARNITINE "2-Enoyl-CoA Enoyl TRANSLOCASE ACYL-TRANSFERASE II (CATII) MEMBRANE INTERNE H hydratase MATRICE MITOCHONDRIALE Acyl-CoA CoA S CARNITINE ACYL-TRANSFERASE I (CAT1) Acyl-carnitine O b) R CH2 C C C 2 1 S "2-EnoylEnoyl- CoA H HSCoA b- Réaction d'hydratation au niveau de la double liaison, la composé formé qui est le L H3O carnitine OH acyl CoA. Acyl-CoA enzyme: delta2 Enoyl CoA hydratase 2 "2-EnoylEnoyl-C hydratas !-OXYDATION c- Nouvelle oxydation, portant sur le C3, formation de L 3 céto acyl CoA Classification des acides gras saturés enzyme:L 3 OH acyl CoA deshydrogénase avec NADH nom de l’acide gras OH H O CH2 C C C c) Rbutyrique Acide 3 2 1 Acide caproïque H Acide caprylique Acide caprique Acide laurique nombre de carbones longueur de la chaîne CoA 4 L-3-OH-acyl-CoA S NAD+ Acide myristique Acide palmitique O Acide sté stéarique Acide d) arachidique R CH C 2 Acide béhénique Acide lignocérique Acide cérotique O CH2 C C nom de l’acide gras L-3-OH-acyl OHmoyenne CoACoA-deshydrogé deshydrogénase 14 16 18 longue S 20CoA 22 CoA-SH 24 26 3-cétoto-acylacyl-CoA très longue (3(3-cétoto-acylacyl-CoA) thiolase O O R’ 8 10 12 NADH + H+ S CoA + CH3 AcylAcyl-CoA (amputé (amputé de 2 C) C Classification des acides gras sat courte 6 H S CoA Acé Acétyltyl-CoA nombre de carbones Acide butyrique Acide caproïque 4 6 Acide caprylique Acide caprique Acide laurique 8 10 12 Acide myristique Acide palmitique Acide sté stéarique Acide arachidique 14 16 18 20 Acide béhénique Acide lignocérique Acide cérotique 22 24 26 3 molécules: l'acétyl CoA et d- Puis clivage (thiolyse) avec une thiolase on récupère deux l'acétyl-CoA amputé de deux C (= forme activé de l'acyl). On fait une suite successive de cette suite de réaction. Connaître l'acide palmitique (C16) et l'acide stéarique (C18) A partir de ces acides gras, on a avoir une série de libération d'acetyl CoA long m tr Classification des acides gras saturés nombre de carbones longueur de la chaîne Acide butyrique Acide caproïque 4 6 courte Acide caprylique Acide caprique Acide laurique 8 10 12 moyenne Acide myristique Acide palmitique Acide sté stéarique Acide arachidique 14 16 18 20 longue Acide béhénique Acide lignocérique Acide cérotique 22 24 26 très longue nom de l’acide gras Ex: 7 tours de spires pour un composé qui est un C16, on obtient 8 acétyl-CoA. C16 (palmitoylpalmitoyl-CoA) CoA) 3 Equation globale de la ! -oxyd Acétyl-CoA C14 Acétyl-CoA Palmitoyl-CoA + 7 CoASH + 7 FAD + 7 C12 Acétyl-CoA C10 Acétyl-CoA 8 Acétyl-CoA + 7 FADH2 + 7 N C8 Acétyl-CoA C6 Acétyl-CoA C4 TOTAL: 7 tours de spire Acétyl-CoA Acé Acétyltyl-CoA Au niveau du C4(dernier tour): on obtient deux acetyl-CoA. Pour le calcul énergétique: on va calculer le nombre de NADH et de FAD produit. A chaque tour de spire un FAD et un NAD intervient. globale de la ! -oxydation 4°- Bilan éEquation nergé : nergétique Équation globale de la béta oxydation pour C16: Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une m Pour chaque tour de spire : Palmitoyl-CoA + 7 CoASH + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 1 FADH2 et 1 NADH + H+ *A partir du palmitate (C16): 106 ATP 8 Acétyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Activation 7 passages à travers la !-oxydation: • 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ • 8 acétyl-CoA dégradés dans cycle de Krebs et chaîne respiratoire *A partir du sté stéarate (C18): 120 ATP Activation 8 passages à travers la !-oxydation: • 8 FADH2 + 8 NADH + 8 H+ 7 FAD 7 NAD Isocitrate deshydrogénase "-Cétoglutarate deshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate deshydrogénase Malate deshydrogénase 8 NAD 8 NAD – 8 FAD 8 NAD TOTAL Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une molé molécule de palmitate Nombre de NADH ou de Activation du palmitate Acyl-CoA deshydrogénase !-OH-acyl-CoA deshydrogénase !La respiration mitochondriale produit 1,5 AT • 9 acétyl-CoA dégradés dans cycle de Krebs et chaîne respiratoire Différentes étapes ou enzymes Nombr NADH o FADH2 fo Différentes étapes ou enzymes Nombre d'ATP formés par FADH2 oxydé et 2,5 ATP par NADH oxy C4 TOTAL: 7 tours de spire Acétyl-CoA Acé Acétyltyl-CoA 2- Bilan énergétique 4°- Bilan énergé nergétique : Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une mol Pour chaque tour de spire : 1 FADH2 et 1 NADH + Nombre de NADH ou d FADH2 form Différentes étapes ou enzymes H+ Equation globale de la ! -oxydation Equation globale la ! -oxydation *A partir du palmitate (C16): 106de ATP Activation 7 passages à travers la !-oxydation: Palmitoyl-CoA + 7 CoASH + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O H+ • 7 FADH2 + 7 NADH + 7 • 8 acétyl-CoA dégradés dans cycle de Krebs et chaîne respiratoire 7 FADH *A partir 8duAcétyl-CoA sté ATP 2 stéarate (C18):+120 + 7 NADH + 7 H+ Activation 8 passages à travers la !-oxydation: • 8 FADH2 + 8 NADH + 8 H+ Activation du palmitate Acyl-CoA deshydrogénase !-OH-acyl-CoA deshydrogénase 7 FADH2 7 NADH Isocitrate deshydrogénase "-Cétoglutarate deshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate deshydrogénase Malate deshydrogénase 8 NADH 8 NADH – 8 FADH2 8 NADH TOTAL !La respiration mitochondriale produit 1,5 ATP • 9 acétyl-CoA dégradés dans cycle de Krebs et chaîne respiratoire par FADH2 oxydé et 2,5 ATP par NADH oxydé A partir du palmitate (C16), étape d'activation, puis 7 passages a travers la béta oxydation, formation de 8 acétyl CoA, qui sont dégradés dans le cycle de krebs et la chaine respiratoire. J'obtiens 106ATPsi on par a partir du palmitoide CoA : on ne tient pas compte de l'activation du palmitate et des -2 ATP. Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une molé molécule de palmitate Nombre Nombre de NADH ou de d'ATP formés FADH2 formés à partir d'ADP Différentes étapes ou enzymes Activation du palmitate Acyl-CoA deshydrogénase !-OH-acyl-CoA deshydrogénase 7 FADH2 7 NADH -2 10,5 17,5 Isocitrate deshydrogénase "-Cétoglutarate deshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate deshydrogénase Malate deshydrogénase 8 NADH 8 NADH – 8 FADH2 8 NADH 20 20 8 12 20 TOTAL 106 !La respiration mitochondriale produit 1,5 ATP par FADH2 oxydé et 2,5 ATP par NADH oxydé. A partir du stéarate (C18) → 120 ATP Formation de 9 Acetyl CoA. 4 Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une molé molécule de sté stéarate Nombre Nombre de NADH ou de d'ATP formés FADH2 formés à partir d'ADP Différentes étapes ou enzymes Activation du stéarate Acyl-CoA deshydrogénase !-OH-acyl-CoA deshydrogénase - -2 8 FADH2 Glucose -> 2 pyruvate 12 20 8 NADH Isocitrate deshydrogénase "-Cétoglutarate deshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate deshydrogénase Malate deshydrogénase Nombre NADH ou FADH2 for Différentes étapes ou enzyme Glycolyse 22,5 22,5 9 NADH 9 NADH Décarboxy- Complexe de la pyruvate lation du deshydrogénase pyruvate 9 – 9 FADH2 9 NADH 13,5 22,5 TOTAL - Glycéraldéhyde-3-phosphate deshydrogénase Cycle de Krebs 120 !La respiration mitochondriale produit 1,5 ATP 2 NADH Isocitrate deshydrogénase "-Cétoglutarate deshydrogénase Succinyl-CoA synthétase Succinate deshydrogénase Malate deshydrogénase par FADH2 oxydé et 2,5 ATP par NADH oxydé. 2 NADH cytosoliq 2 NADH 2 NADH – 2 FADH 2 NADH TOTAL Bilan énergé nergétique de la dé dégradation d'une molé molécule de glucose Nombre de NADH ou de FADH2 formés Différentes étapes ou enzyme Nombre d'ATP formés à partir d'ADP Navette * Rendement énergétique de la glycolyse aérobie: Glycérol-P glucose -> 2 pyruvate 2 32Glucose ATP formés Glycolyse Glycéraldéhyde-3-phosphate 2 NADH Navette malate/ aspartate 3 ENERGETIQUE CELLULAIR 2 5 A - ROLE CENTRAL DE L ’ATP deshydrogénase cytosoliques * Rendement énergétique de la !-oxydation des acides gras: stéarate : 120deATP DécarboxyComplexe la pyruvate lationpalmitate: du deshydrogénase 106 ATP pyruvate 2 NADH 5 5 Isocitrate deshydrogénase 2 NADH 2 NADH "-Cétoglutarate deshydrogénase Cycle de Succinyl-CoA synthétase – Krebs 2 FADH2 Succinate deshydrogénase * Rendement énergétique par atome2de C: NADH Malate deshydrogénase 5 5 2 3 5 5 5 2 3 5 30 32 • glucides : 5,3 ATP formés/C (32/6) TOTAL • ac. gras : 6,6 ATP formés/C B - DIFFERENTES SOURCES DE L ’ACE AC I - Décarboxylation oxydative du pyr II - !-oxydation des acides gras III - Formation et utilisation des corp IV - Dégradation des acides aminés C - CYCLE DE KREBS (106/16) pour le palmitate D – PHOSPHORYLATION OXYDATIVE 6,7 du ATPglucose formés/C en (120/18) pour le stéarate La dégradation pyruvate donne deux ATP. Au cours de la glycolyse, on obtient du NADH cytosolique. On utilise la navette malate asparate qui donne du NADH mitochondrial (non pas au niveau du cytosol) ou la navette glycérol P qui donne du FADH2. Il faut un transporteur (navette du glycérol phosphate) donc formationENERGETIQUE de 3 ATP,CELLULAIRE ou la navette malate aspartate on a du NADH au niveau de la mitochondrie donc 5 ATP. 1 FADH2 = 1,5 ATP A - ROLE CENTRAL DE L ’ATP 1 NADH = 2,5 ATP Suivant la navette utilisée on a pas le même nombre d'ATP formé. B - DIFFERENTES SOURCES DE L ’ACETYLACETYL-CoA I - Décarboxylation oxydative du pyruvate Rendement énergétique II - !-oxydation des acidesde grasla glycolyse aérobie (dégradation complète du glucose) - Formation et utilisation des corps → 32IIIATP formés si on prend unecétoniques des deux navettes. IV - Dégradation des acides aminés Rendement énergétique de la béta oxydation des acides gras C - CYCLE DE KREBS Stéarate : 120 ATP D – PHOSPHORYLATION OXYDATIVE Palmitate : 106 ATP Le rendement énergétique d'un acide gras est plus important car l'acide gras est une molécule réduite. On les compare en prenant un meme nombre de carbone par composé. Rendement énergétique par atome de C (pour un atome de carbone) : - Glucides: 5,3 ATP/C (32/6) 5 - Acides gras: Pour le palmitate: 6,6ATP/C (106/16) Pour le stéarate: 6,7ATP/C (120/18) Le rendement est meilleur pour un acide gras, car il est entièrement réduit alors que le glucose est un composé déjà oxydé. Pour les glucides, le rendement énergétique est plus faible parce que le rendement énergétique d'un composé est d'autant plus important que ce composé est a l'état réduit. (on a donc plus d'étapes d'oxydations). On va avoir une réserve énergétique très importante pour les lipides et faible pour les glucides (en particulier le glycogène). III- Formation et utilisation des corps cétoniques Lorsqu'on a de l'acétyl CoA qui provient de la béta oxydation des acides gras, il se condense avec l'oxaloacétate pour donner du cytrate afin de rentrer dans le cycle de krebs. En cas de jeun, on va avoir un déficit en oxaloacétate (peut provenir du glucose et du pyruvate), on ne va pas pouvoir faire fonctionner le cycle de krebs. Les acetyl CoA vont s'accumuler et donc ils vont suivre la voie des corps cétoniques, aboutir a la formation de 3 composés. Les acétyl coA venant de la dégradation des acides gras va sʼaccumuler, va encombrer le cycle de Krebs essentiellement au niveau du foie qui va alors transformer cet acétyl CoA en des composés que lʼon appellent corps cétoniques de manière soit les éliminés soit les exportés vers les autres tissus. C'est la cétogenèse, ou formation des corps cétoniques. III - Formation et utilisation des corps cé cétoniques Formations de : - acétoacétate cé cétogenè togenèse est la formation des « corps cé cétoniques » - D 3Lahydroxybutyrate - acétone (volatils) CH3 * Acétoacétate ! C " COO- CH2 1 O * D-3 3-hydroxybutyrate CH3 CHOH * Acétone CH3 C CH2 COO- CH3 2 3 volatil O On a un équilibre dʼoxydoréduction entre ces composés. Formation des corps cétoniques essentiellement dans les mitochondries hépatiques le cycle de krebs Acé esttoac débordé, il ne peut pas prendre tout les acétylCoA. Pour se étylCoA Acétoacé déparasserOdes acétyl CoA il faut faire réagir des acétyl CoA. + H O CoA CH S C Condensation de deux acétyl CoA par une thiolase (réaction inverse de la dernière étape Hydroxyméthylglutaryl-CoA synthase 2 (HMG-CoA synthase) de l'oxydation oxydation) des acides gras). Condensation d'une troisième molécule CoA H S (béta d'acetyl CoA par une HMG CoA synthase, on obtient un composé, un dicarboxylique O OH (avec 5C) , acide glutarique(HMG CoA) 2 3 -O C 2 CH2 CH2 C C S CoA CH3 3-HydroxyHydroxy-3-méthylglutarylthylglutaryl-CoA (HMG (HMG--CoA) CoA) 3 Hydroxyméthylglutaryl-CoA lyase (HMG-CoA lyase) O O -O C 2 CH2 C CH3 Acé Acétoacé toacétate + CH3 C S CoA Acé Acétyltyl-CoA 6 H2O + CH3 O O et utilisation des corps III - Formation cé cétoniques CH3 + CoA S C CH3 1 HS CoA -O C 2 CH2 O ! O CH 3 CH2 C C " CH2 COO- Acé Acétoacé toacétyltyl-CoA * D-3 3-hydroxybutyrate CH3 3-HydroxyHydroxy-3-méthylglutary 1 3 CH2 COO CHOH volatil O O -O C 2 CH2 C Acé Acétoacé toacétylCoA O S CoA HS CoA -O C 2 CH2 Hydroxyméthylglutaryl-CoA synthase (HMG-CoA synthase) 2 O OH CH2 C C S CoA CH3 3-HydroxyHydroxy-3-méthylglutarylthylglutaryl-CoA (HMG (HMG--CoA) CoA) 3 Hydroxyméthylglutaryl-CoA lyase (HMG-CoA lyase) O O -O C 2 CH2 C CH3 Acé Acétoacé toacétate + CH3 C S CH3 Acé Acétoacé toacétate Réaction de clivage avec une enzyme, HMG CoA lyase. On obtient de l'acétoacétate et de l'acetylCoA. Formation du corps cétonique par une étape intermédiaire qui est la formation d'HMG CoA. C Hy (H 2 R*éaction inverse de la 4e étape de laCH !-oxydation C CH3des acides gras3 Acétone 3 H2O + CH3 CH2 C CH3 S O CoA C Hyd (HM 2 OH Thiolase (acétyl-CoA acétyltransférase) HSCoA CH3 CoA Acé Acétyltyl-CoA Acé Acétyltyl-CoA La cé cétogenè togenèse est la formation des « corps cé cétoniques » * Acétoacétate S C CoA S C Acé Acétoacé toacétyl O Formation dans la mitochondrie hé hépatique des corps cé cétoniques CoA Acé Acétyltyl-CoA OMSG - oxalique (2C) 6 - malonique (3C) - succinite (4C) - glutarique (5C) " Formation de corps cétoniques : acétoacétate et acétyl CoA équilibre entre l'acétoacétate et le D3 OH butyrate puisque c'est le composé réduit de l'acétoacétate. Il est en équilibre dʼoxydo-réduction. Ici cʼest une oxydation. L'acétoacétate peut être décarboxyler pour donner de l'acétone. + C O -O C 2 CH2 Acé Acétoacé toacétate CH3 C CO2 3-OH-butyrate deshydrogénase NADH + H+ O CH3 C O NAD+ CH2 C -O C 2 CH3 Utilisation des corps cé cétoniques dans les tissus extra Acé Acétoacé toacétate CH3 Acétone -OCO 2C 2 CH2 CH3 D-3 3-OH-butyrate 3-OH-butyrate NADH + H+ CHOH deshydrogénase O NAD+ Les corps cé cétoniques traversent la membrane mitocho mitoch puis la membrane plasmique pour rejoinde la circula Utilisation des corps cé cétoniques dans les tis Ils sont: - soit utilisé utilisés par les tissus pé périphé riphériques: muscles squ coeur et rein; cerveau en cas de jeû jeûne prolongé prolongé. - soit excré étéscorps si la production est trè (cé excrLes très élevé levlaéemembran (cétonur cé cétoniques traversent puis la membrane plasmique pour rejoinde l CH UtilisationCHdesC corps cétoniques dans les tissus extra hépatiques Acétone Ils sont: Les corps cétoniques traversent la membrane mitochondriale puis le membrane plasmique - soit utilisé utilisés par les tissus pé périphé riphériques: mu pour rejoindre la Ocirculation sanguine. C CH CH D-3 CHOH 3-OH-butyrate coeur et rein; cerveau en cas de jeû jeûne prolon prolo - Soit Ils sont utilisés par les tissus périphériques : muscles squelettiques, cœur et - soit excré é t é s si larein, production est trè excr très élevé levée cerveau en cas de jeun prolongé. Le cerveau utilise avec une préférence le glucose mais NADH + H+ il peut utiliserAcé 3-OH-butyrate étoacé étate + cétoniques. Acdes toaccorps CONCLUSION + - Si ils sont produits en grande quantité, ils sont excrétés au niveau du rein, on a donc une O NAD+ cétonémie dans le sang une cétonurie dans les urines et élimination d'acétone dans lesunité -O C et Le foie convertit les acides gras en unités acé acétyltyl-CoA CH CH C S CoA poumons. qui seront dé Succinyldégradé gradés dans le cycle de Krebs. Succinyl-CoA 3 3 2 2 3 2 2 2 3-Cétoacyl-CoA transférase -O C CH CH2 Acé é2toacé Ac toacétate 2 + 3-OH-butyrate + Acé Acétoacé toacétyltyl-CoA NADH + H+ CO 2 Succinate NAD+ O CH3 C O O CH2 C CoA S -O C 2 CH2 CH2 C HSCoA Thiolase O Acé -CoA 2 CH Acétyltyl Acéétoacéétyl--CoA3 Ac toac tyl CoA C -O C 2 CH2 CH2 CO2 Succinate O S CoA CH3 C CH2 S SuccinylSuccinyl-CoA 3-Cétoacyl-CoA transférase O C S HSCoA Thiolase CoA En cas d’ d’encombrement du cycle de Krebs, il fourni fourn de l’ aux autres organes. CONCLUSION l’acé acétoacé toacétate/3 tate/3--OHOH-butyrate Les corps cé cétoniques sont donc une forme de transpo des unité unités acé acétyl et sont utilisé utilisés comme source énerg Le foie convertit les acides gras en unité unités ac qui seront dé dégradé gradés dans le cycle de Krebs. Ils sont normalement en concentration faible dans le (0,1mmol/L; par comparaison la glycé glycémie est de 4,4 En cas d’ d’encombrement du cycle de Krebs En cas de concentration élevé levée, une partie est excré excrét de l’ l’acé acétoacé toacétate/3 tate/3--OHOH-butyrate aux autres Les corps cé cétoniques sont donc une forme d des unité unités acé acétyl et sont utilisé utilisés comme sour CoA Ils sont normalement en concentration faib (0,1mmol/L; par comparaison la glycé glycémie e En cas de concentration élevé levée, une partie O Acé Acétyltyl-CoA 2 CH3 C S CoA Réactivation qui consiste a reformer l'acéto acétyl CoA, par un composé (succinyl CoA) qui transfère son coenzyme A sur l'acéto acétate, et il est transformé en succinate (cʼest aussi un intermédiaire dans le cycle de Krebs) et formation de l'acéto acétylCoA. Enzyme: 3 céto acyl CoA transferase. Cette réaction est différente de la réaction du cycle de krebs où on utilise le succinyl CoA. Puis réaction de thiolise et récupération de deux acétylCoA qui vont pouvoir étre récupérés par les tissus périphériques. Le fois forme des corps cétoniques qui sont envoyés dans la circulation et qui sont utilisés par les tissus périphériques. Acétoacétate = forme hydrosoluble de transport d'acétyl du foie vers les tissus périphériques. Conclusion : Le foie convertit les acides gras en unité acétyl CoA qui seront dégradés dans le cycle de krebs. En cas d'encombrement du cycle de krebs, il fournit de l'acétoacétate 3 OH butyrate aux autres organes. Les corps cétoniques sont donc une forme de transport des unités acétyl. Ils sont normalement en concentration faible dans le sang (0,1mmol/L par comparaison à la glycémie: 4 à 6 mmol/L). en cas de concentration élevée, une partie est excrétée. Le rapport acétoacétate/ 3 OH butyrate reflète l'état d'oxydation de la mitochondrie. Rapport NAD+/ NADH mitochondrial Rapport pyruvate/ lactate (en équilibre par une réaction catalysée par une enzyme cytosolique) reflète l'état d'oxydoréduction du cytosol (rapport NAD+/NADH cytosolique). Pathologies: maladies génétiques de la béta oxydation. Les plus fréquentes: déficit en acyl CoA deshydrogénase. Plusieurs enzymes en fonction de la longueur de la chaine de l'acide gras Déficit en MCAD (pour les acides gras a chaine moyenne) maladie récessive autosomique - épisode hypoglycémique avec hypocétonémie (risque de coma) en cas de jeun. - excrétion d'acides organiques urinaires, accumulation spécifique d'acylcarnitines dans le plasma (la carnitine est le transporteur des acides gras) - traitement : éviter les périodes de jeune, en cas d'épisode aigus, injection intraveineuse de glucose. " IV- Dégradation des protéines et des acides aminés " Schéma général La source essentielle de nutriments pour les oxydations cellulaire est les glucides et les lipides. Mais dans des conditions particulière on peut utiliser les protéines exogènes (dans un régime hyperprotéinique) ou les protéines endogènes. Les protéines sont dégradées en acides aminés, qui vont pouvoir rejoindre le métabolisme général a différentes étapes. Normalement, les protéines qui sont dégradées en acides aminés, leur destinée principal c'est de reformer des protéines. Se que l'on voit ici, c'est dans des conditions particulières. Dans certains cas les protéines peuvent etre utilisées comme source énergétique (ex : régime hyperprotéiné), ou dans le cas ou on a un apport faible en glucide. 1- Digestion des protéines alimentaires " Elle commence au niveau de l'estomac (tractus gastro-intestinal) avec une hydrolyse partielle des protéines (milieu acide pH de 1 à 2,5) avec une enzyme : la pepsine. Puis prés du pancréas, sécrétion de composés : - ions bicarbonates (HCO3-) qui servent à la neutralisation du pH bol alimentaire qui est très acide du fait du passage dans l'estomac => pH autour de 7 - des pro-enzymes (zymogenes) comme le trypsinogène, la chymiotrypsinogène les procarboxypeptidase A et B, elles vont servir a finir la dégradation des protéines et des peptines déjà obtenus. Au niveau de lʼintestin grele : lʼentéropeptidase, est une enzyme qui provient des cellules intestinales, est capable d'activer les zymogènes en particulier le trypsinogène activé en trypsine La trypsine est capable d'activer des molécules de trypsinogènes au niveau de l'intestin. Elle va aussi sʼauto-activer. La protéine est dégradé en acides aminées libres, il se retrouvent dans les cellules intestinales (car absorbées), passage dans la circulation sanguine et aboutissent au niveau du foie. 2- Pour les protéines endogènes " Les protéines sont souvent régénérées. Elles ont une durée de vie variable : de quelques minutes (lorsqu'on a des facteurs de régulations (de transcription)) à plusieurs semaines (comme l'hémoglobine = 4mois). Trois grands systèmes : - Système lysosomal, sac contenant des enzymes en excès. Système global, non sélectif, fonctionnant par autophagie et à l'aide de protéases appelées cathepsines. Dégradation en acides aminés et peptides libérés dans le cytosol. - Système calpaïne-calpastatine dépendant de la concentration cellulaire en calcium, spécialisé dans la dégradation des protéines du cytosquelette. - Système spécifique ubiquitine protéasome (ubiquitaire), système présent dans le cytoplasme et soigneusement régulé. Système spécifique: Les protéines destinées a être dégradées sont marquée par de l'ubicuitine, qui forme une liaison covalente avec une protéine. Un systèmedes enzymatique ubiquitine ligase peut reconnaitre ces protéines pour 2°- Dégradation protéines endogènes Dégradation des acides aminés les ubiquitiniler. Ces protéines sont dégradées dans le protéasome. 3°(cylindre creux dans Duré Durée de vie trè très variable: de quelques mn à plusieurs semaines (Hb (Hb:: 120 jours) lequel les composés qui doivent être dégradé cheminent. Les divers acides aminés servent à la biosynthè • Trois grandsest systèmes: (Lʼubiquitine un peptide). Il nʼy a pas de mise en réserve des protéines. et d’autres composés comme les hormones ou - le système lysosomal (foie et rein) système global, non sélectif fonctionnant par autophagie et à l’aide Les acides aminés superflus sont dégradés dans 3-protéases Dégradation des acides aminés de appelées cathepsines: dégradation en peptides et AA (pas de mise en réserve comme les glucides ou libérés dans le cytosol - le système calpaïne-calpastatine dépendant de la concentration Les divers acides aminés servent à la biosynthèse des propres protéines de l'individu et cellulaire en calcium, spécialisé dans la dégradation des protéines du a) Elimination du groupe !-aminé : cytosquelette d'autres composés comme les hormones ou neurotransmetteurs. par transaminases et glutamate deshydro - le système spécifique ubiquitine-protéasome (ubiquitaire) + Les acides aminés superflus sont dégradés dans le foie. Le corps ne peutNHpas mettre en 4 et urée (+++) système présent dans le cytoplasme, soigneusement régulé réserve les acides aminés. *les protéines destinées à être dégradées sont marquées par une liaison covalente avec un peptide appelé ubiquitine b) Transformation du squelette carboné *une fois ubiquitinylées, protéines à Pour dégradé un acide les aminé, il sont y adégradées deux étapes: l’intérieur du protéasome (complexe protéique cylindrique) 1) Elimination du groupement alpha aminé On utilise les transaminases et glutamate deshydrogénase, pour aboutir a la synthèse d'ammoniac et à l'urée (molécule qui contient de l'azote) Résumé pour l'élimination du groupement aminé: Proteines cellulaires Aminoacides provenant des proté protéines ingé ingérées + H3N COOC R ac. ac. aminé aminés 3°- Dégradation des acides aminés FOIE COO- Transaminase C H COOC O COO- + C H3N H [CH2]2 [CH2]2 COO!-cétoglu COOGLU O a) Elimination du groupe !-aminé : R ac. ac. !-céto b) Transformation du squelette carboné: *Acides aminés glucoformateurs: Pyruvate Intermédiaires du cycle de Krebs *Acides aminés cétogènes: Acétyl-CoA NH4+ uré urée NH4+ uré urée Acétoacétyl-CoA On utilise une transaminase spécifique, qui transforme l'acide alpha aminé en acide alpha cétonique (acide aminé) , on a besoin d'un accepteur qui est l'acide alpha cétoglutarate, qui donne du glutamate (acide glutamique) par une réaction de transaminastion( une spécifique pour chaque acide aminé). A partir de l'acide glutamique: Une enzyme, la glutamate deshydrogénase, peut libérer NH3 sous forme de NH4+ pour régénérer l'alpha cétoglutarate. NH4+ est transformé en urée le plus souvent. 2) Transformation du squelette carboné Pour chaque acide aminé un squelette carboné particulier, on a donc un métabolisme particulier pour chaque acide aminé. Il existe deux type d'acides aminé: - acides aminés glucoformateurs, on aboutit a des réactions de transformation simple: néoglycogenèse (pyruvate, intermédiaire du cycle de krebs) si on a besoin de reformer du glucose. - acides aminés cétogènes, ils donnent naissance à des composés qui peuvent aboutir à des corps cétoniques (ceux qui donnent de l'acéthyl CoA ou de acétoacéthyl CoA) Ces aa ne peuvent pas donner du glucose, donc soit lʼacétyl coA est dégradé soit il aboutit a des intermédiaires pour le cycle de Krebs. " Métabolisme cellulaire METABOLISME CELLULAIRE Amino acides Glucides Glycolyse Dégradation des aminoacide Exemple des C3 Acides gras !-oxydation ALA SER NH3+ Pyruvate CH3 Acétyl-CoA CH NH3+ COO- CH COO- HS "-cétoto-glu GLU KREBS HOH2C CH3 C COO- O H+ et é ATP Chaîne respiratoire PYRUVATE 2 CO2 Dégradation des aminoacides (exemple de C3) Alanine, sérine, cystéine l'alanine est transaminé et donne du pyruvate par l'alanine transaminase. Tout comme la sérine et le cystéine. Bilan énergétique de la dégradation d'une molécule d’ALA Les acides aminés abondants, en C3, sont facilement capable de donner du pyruvate, ils Comparaison des Nombre de Nombre d'ATP sont glucoformateurs. Différentes étapes ou NADH ou de formés à partir Dégradation enzymedes aminoacides FADH2 d'ADP Exemple des C3 3 catégo nutriments formés Transamination Ala -> pyruvate – – CYS SER Complexe de la pyruvate 1 NADH 2,5 + du NH3+ deshydrogénase NH3 CH3 deCH COO HOH CH COO- 1 HSH Cycle Isocitrate deshydrogénase NADH 2,5CH COO 2C 2C "-cétoglutarate deshydrogénase Krebs 1 NADH 2,5 Succinyl-CoA synthétase – 1 "-cétoto-gluSuccinate deshydrogénase 1 FADH2 1,5 CH3 C COOMalate deshydrogénase 1 NADH 2,5 GLU O TOTAL 12,5 ALA Décarboxylation pyruvate NH3+ PYRUVATE • Rendement énergétique par atom Glucides (glucose) : 5,3 ATP form Lipides (stéarate) : 6,7 ATP form Protides (ALA) : 4,2 ATP form 2 CO2 Bilan énergétique de de la dégradation d'une molécule Bilan énergétique la des dégradation d'uned’ALA molécule d'alanine. Dégradation aminoacides Comparaison des 3 caté nutriments Exemple des C3 Nombre de Nombre d'ATP Différentes étapes ou NADH ou de formés à partir enzyme ALA Transamination NH3+ SER Ala -> pyruvate CH3 CH COO C Décarboxylation ComplexeHOH de 2la du pyruvate FADH2 formés – NH3+ - CH COO 1 NADH HSH2C pyruvate deshydrogénase Cycle "-cde étoto-glu Isocitrate deshydrogénase "-cétoglutarate deshydrogénase Krebs CH C COO3 Succinyl-CoA synthétase GLU O Succinate deshydrogénase Malate deshydrogénase PYRUVATE TOTAL 1 NADH 1 NADH – 1 FADH2 1 NADH d'ADP CYS – NH3+ CH • Rendement énergétique par at Glucides (glucose) : 5,3 ATP f Lipides (stéarate) : 6,7 ATP fo Protides (ALA) : 4,2 ATP f COO 2,5- 2,5 2,5 1 1,5 2,5 12,5 Alanine donne du pyruvate par une réaction de transamination A partir d'une pyruvate, transformation en acéthyl CoA, avec 1 NADH est formé, on peut former 2,5 ATP. Puis cycle de krebs, pour tour, on a 3 de NADH, 1 FADH2 et 10 ATP formés Comparaison des un 3 catégories On a 12,5 ATP formés. nutriments Comparaison des 3 catégories de nutriments. • Rendement énergétique par atome de C Glucides (glucose) : 5,3 ATP formés/C (32/6) Lipides (stéarate) : 6,7 ATP formés/C (120/18) Protides (ALA) : 4,2 ATP formés/C (12,5/3) Les acides aminés ne sont pas adaptés pour former de l'énergie, le rendement est faible. L'acide gras saturé est la plus réduit, les acides aminés sont très oxydé. le but des acides aminés et pour la biosynthèses des protéines ou d'autres composés. 10
