! UE3 – Biochimie clinique, nutrition et métabolisme Lambert

UE3 – Biochimie clinique, nutrition et métabolisme
Lambert
Date : 06/10/2015
Promo : D1
Plage horaire : 8h30-10h30
Enseignant : Lambert
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Ronéistes :
Houchois Emeline
Passalacqua Fanny
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Métabolisme des lipides et des lipoprotéines (partie 1)
1.Classification
1.Les acides gras
2.Les stérols
2.Digestion et absorption des lipides alimentaires
1.Lipase pancréatique et Orlistat
2.Transporteurs membranaires
3.Stérols végétaux
3.Métabolisme
1.Hydrolyse
2.Synthèse
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But du cours : ne pas connaître précisément la biochimie, il ne va pas nous demander quelque chose
"qu'on peut trouver en 2 secondes sur internet", comme le nom précis d'une enzyme, ou le nombre
exact d'ATP produits. Il pointe ce qui est important de savoir pour l'ECN. A notre niveau, il faut être
capable de différencier ce qui est très important, ce qui l'est moins, et ce qui est anecdotique (inutile de
chercher à retenir les maladies qu'il donne en exemple quand il s'agit de pathologies touchant 50
personnes dans le monde, parce qu'on n'en verra probablement jamais).
I. Classification
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1.Acides gras
Voilà comment on note en biochimie (à la façon de M. Lambert) un acide gras (AG), un phospholipide
(PL) ou un triglycéride (TG) :
Un acide gras, avec le cercle pour la tête polaire (la fonction -COOH), et la
chaîne carbonée. C'est une molécule amphiphile.
Un phospholipide, avec une tête polaire et deux chaînes carbonées, constituant
essentiel des membranes biologiques. C'est une molécule amphiphile.
Un triglycéride, 3 chaînes carbonées reliées par un pont glycérol. C'est la forme
de stockage des graisses (de réserve d'énergie) dans l'organisme humain, et c'est
une molécule hydrophobe.
Ces lipides sont des lipides simples.
Les lipides ont un rôle énergétique et de structure (membranes…).
Saturation/Insaturation
Les lipides peuvent être saturés ou insaturés : dans ce dernier cas, on aura des doubles liaisons au lieu
de liaisons simples, ce qui donnera la forme "chaise" ou la forme "bateau". Un acide sans double
liaison est appelé "saturé", et un AG avec une ou des doubles liaisons et dit "insaturé". S'il n'a qu'une
double liaison, c'est un AG mono-insaturé, s'il en a plusieurs il est poly-insaturé.
On note des AG insaturés : "nombre de carbones":"nombre d'insaturations" puis les localisation de ces
double liaisons.
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Remarque : selon le prof, connaître l'endroit des double liaisons n'a aucun intérêt clinique.
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Ex : Acide oléique C18:1, trouvé dans l'huile d'olive supposée miraculeuse, mais qui ne l'est pas.
On sait synthétiser les AG saturés, mais on ne sait synthétiser que quelques AG insaturés. Il existe 2
acides gras essentiels pour l'Homme : ce sont l'acide linoléique (C18:2 9,12, aussi appelé oméga 6) et
l'acide alpha-linolénique (C18:3 9,12,15, aussi appelé oméga 3), qui doivent être amenés par
l’alimentation. Les animaux possèdent ainsi les enzymes capables de produire tous les AG, sauf ces
deux-là, puisqu'ils ne possèdent pas de désaturase capable d'insérer une double liaison après le 9e
carbone. Les AG insaturés à longue chaîne sont par conséquent essentiels.
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Il existe un 3e aa essentiel pour le nourrisson : l'acide arachidonique (C20:4 5,8,11,14). On doit
l'apporter dans l'alimentation des nouveau-nés, des prématurés, des femmes enceintes ou allaitantes, et
dans certaines situations cliniques comme chez les grands brûlés.
Q/R : On sait synthétiser les AG à partir de glucose; si tu manges du riz, du pain ou des pâtes à midi
et que tu ne fais pas d'exercice cet après-midi, l'amidon va être digéré en glucose, puis sera stocké
sous forme d'AG. Puis cette nuit tu vas déstocker tes AG et refaire du glucose.
Q/R : La femme enceinte possède pour elle-même suffisamment d'acide arachidonique, mais pas assez
pour le fœtus. Ce ne serait pas un drame de ne pas lui en apporter car on en trouve un peu partout,
mais c'est conseillé. Il est toutefois indispensable d'en apporter au nourrisson. Si celui-ci est nourri au
sein, il faudra suppléer la mère.
Comparaison réserves énergétiques glucides/lipides
En physiologie, on a dans notre sang un peu plus d'1g/L de glucides, donc 5g dans l'organisme, ce qui
équivaut à un morceau de sucre. La glycémie est parfaitement régulée quand l'insuline et le glucagon
fonctionnent. Cette réserve énergétique nous permet d'assurer nos fonctions physiologiques pendant 20
secondes seulement.
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Les glucides sont stockés sous forme de glycogène dans les muscles et le foie, ce qui représente
quelques centaines de grammes, jamais plus d'1 kilo. Sur ces réserves de sucre, on va tenir quelques
minutes à quelques heures selon le stock de glycogène (chez les sportifs d'endurance, on essaie de
garnir ces stocks car c'est là-dedans qu'ils vont puiser).
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Mais les graisses constituent la majorité de nos réserves énergétiques. Chez un homme de 70 kg,
on compte en moyenne 10-15 kg de graisses (mais on peut en stocker bien davantage). Ces réserves
énergétiques permettent de tenir des semaines.
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On a ici deux images d'un foie, à gauche des granules de glycogène et à droite des gouttelettes
lipidiques (en rouge à cause de l'huile rouge employée). En regardant l’échelle, on se rend compte de
la différence de taille des formes de stockage et de l'importance des stocks; les gouttelettes lipidiques
sont beaucoup plus grosses (pas besoin du microscope électronique) et représentent la majorité des
réserves énergétiques.
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Dans ces gouttelettes lipidiques, on
trouve des TG (ci-contre : leur
structure).
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"Je veux que vous reteniez ça" : On stocke du gras dans nos adipocytes sous forme de TG, on les hydrolyse sous l'action du glucagon,
ce qui libère des AG. Ceux-ci passent dans le plasma et vont dans le foie ou du muscle s'oxyder et
permettre la production d’ATP.
Un homme-type de 70kg fabrique 85kg d’ATP/jour. Cet ATP est produit au niveau du cycle de Krebs
dans la mitochondrie, et on part soit des glucides (glucose → pyruvate → acétyl-CoA), soit d'acides
gras et on arrive aussi à l’acétyl-CoA.
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2.
Stérols
Le cholestérol est un hétérocycle à 27
carbones.
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Ici le cholestérol estérifié est lié à un AG
polyinsaturé.
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On les notera comme suit :
Le cholestérol libre (C) avec un groupement -OH et une longue chaîne
hétérocyclaire. C'est une molécule amphiphile.
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Le cholestérol estérifié (CE), avec un acide gras si s'estérifie avec la fonction
alcool. C'est une molécule hydrophobe.
La majorité du cholestérol dans l'organisme est sous forme estérifiée.
Tout le cholestérol nécessaire est fabriqué par l'organisme, ce n'est pas un nutriment essentiel. En
comparaison, on peut stocker 5kg de graisses, voire beaucoup plus, mais on ne stocke que 100 à 200g
de cholestérol. C'est donc un lipide mineur par la quantité dans l'organisme, mais majeur par les
conséquences cardiovasculaires qu'entraîne une hypercholestérolémie.
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Ces 5 formes (AG, PL, TG, C et CE) sont les seules formes de lipides que l'on trouve dans
l'organisme; "vous avez ça, vous avez les bases de biochimie suffisantes pour passer les ECN, puisque
ce qui va être intéressant ce n'est pas leur formule, mais leur physiologie".
Le caractère amphiphile ou hydrophobe de ces molécules aura une influence sur leur solubilité dans le
plasma. Les molécules seront amphiphiles lorsqu'elles auront une fonction polaire libre, hydrophobe
lorsque cette fonction sera masquée. On a ainsi comme molécules amphiphiles les AG, les PL et le C,
et les molécules hydrophobes sont les TG et le CE.
II. Digestion et absorption des lipides alimentaires
La ration alimentaire idéale : 50-55% glucides, 35% lipides, 10-15% protéines.
En France, on consomme un peu trop de protéines, beaucoup trop de lipides et pas assez de glucides
(et quand on en consomme, c'est surtout des glucides rapides).
Meilleur sucre lent : pâtes pas trop cuites (ce que mangent les marathoniens avant de courir).
Sucres rapides : riz blanc bien cuit, pain blanc par rapport au pain complet, sucreries, sodas, tout ce
qui a un goût sucré
Question du prof : Le lait contient-il du sucre ? Oui, du lactose. Dans les produits laitiers, il y a du
sucre en plus, c'est moins bon. Dans le lait entier on a plus de gras que dans le demi-écrémé, et
notamment des graisses saturées.
Les lipides alimentaires sont constitués en majorité des TG, mais aussi de cholestérol, estérifié s'il est
d'origine animale, quelques PL, quelques AG, et dans les graisses animales, on a des vitamines
liposolubles ADEK.
1.Lipase pancréatique et Orlistat
La digestion des lipides commence dans la bouche, elle est très modeste : une lipase salivaire va
digérer quelques TG (anecdotique), mais surtout les AG à chaîne courte du lait, ce qui est important
pour le nourrisson. Ceux-ci seront absorbés directement dans circulation veineuse gastrique, ce qui
permet d'épargner le pancréas du nouveau-né qui n'est pas encore entièrement fonctionnel (il n'aura
pas besoin de synthétiser des enzymes pour digérer ces AG).
La principale zone de digestion des lipides est le duodénum. Dans le duodénum, le mélange avec les
sels biliaires permet l'émulsification des gouttelettes lipidiques pour former une émulsion fine. Les
lipases pancréatiques vont s'attaquer aux TG (aux sites SN1et SN3), générer des AG (et des
monoglycérides qui se comportent comme des AG) et qui vont être absorbés par la barrière intestinale
(entérocytes). Les sels biliaires et le cholestérol sont aussi absorbés.
Cette lipase pancréatique est activée par un cofacteur, la colipase. Si elle était active dans le pancréas,
elle commencerait à le digérer; les enzymes digestives sont donc activées au niveau de leur site
d'action. La fixation de la colipase permet l'ancrage de la lipase pancréatique et la pénétration du site
de l'enzyme dans la gouttelette lipidique.
Rappel anatomique : le canal cholédoque en provenance de la vésicule biliaire et le canal pancréatique
se rejoignent au niveau du duodénum, et y déversent l'acide biliaire (contient acides biliaires, formés à
partir de cholestérol) et le suc pancréatique via le sphincter de Oddi.
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Remarque : au niveau de la bordure en brosse, on ne peut absorber les TG ou le CE, on absorbe les
AG et le C.
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L'exemple de l'Orlistat (Alli, Xenical) : inhibiteur de la lipase pancréatique
Hypothèse des labos pharmaceutiques : si l’on inhibe la lipase pancréatique, on diminue l'absorption
et on ne grossit pas : remède contre l'obésité ? Une des deux spécialités est délivrée sur ordonnance
(120 mg) et l'autre est en automédication (60 mg)… sans ordonnance, il suffit de prendre 2 pilules
pour avoir la même dose qu'avec ordonnance.
"Mais alors, pourquoi ai-je encore des kilos en trop ??"
Attention aux effets secondaires ! Si vous mangez votre pizza 4 fromages puis prenez Alli, vous allez
le payer : tâches lipidiques, flatulences avec décharges, selles huileuses, incontinence, et surtout,
diminution de l'absorption des vitamines liposolubles. Les patients le prennent une fois, et hop ! Au
fond de la trousse à pharmacie ! Donc, à ne prendre que dans le cadre d'un régime équilibré ne
dépassant pas 35% d'apports lipidiques : ça marche quand on fait un régime, et encore mieux avec de
l'exercice ! En gros, ça ne sert pas à grand-chose.
Ce médicament est utilisé par certains médecins pour faire prendre conscience à leurs patients qu'ils
mangent trop gras. Juste pour le plaisir, imitation de patients par M. Lambert : "Mais non docteur, je n'ai
mangé qu'un petit bout de pizza… 4 fromages, croûte fourrée.", "Mais non, j'ai pris le menu enfant… de mon fils
en plus du hamburger que j'avais pris pour moi !" Un petit coup d'Alli : "Oui docteur, effectivement, j'ai mangé
un peu trop gras ce week-end…"
En résumé pour l'Orlistat : à prendre avant le repas, respecter le pourcentage de lipides alimentaires.
Si on le prend dans le cadre d'un régime approprié, ça va un peu accélérer les effets du régime. C'est le
seul médicament autorisé en France pour traiter l'obésité, avec les régimes, l'exercice physique, et la
chirurgie bariatrique pour les obésités morbides (on ne laisse qu'un petit bout d'estomac, mais ce geste
peut entraîner beaucoup de complications, dont une baisse de l'absorption des nutriments).
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On trouve d'autres enzymes de digestion des lipides dans l'intestin : des estérases du cholestérol, qui
transforment le cholestérol estérifié en cholestérol libre absorbable, des phospholipases qui
hydrolysent les PL. Les gouttelettes lipidiques dont on hydrolyse le contenu vont peu à peu devenir
plus petites. L'absorption des lipides alimentaires (AG et cholestérol) se fait au niveau des entérocytes
par des transporteurs membranaires.
2.Transporteurs membranaires
Au niveau de la bordure en brosse, on trouve 2 transporteurs des lipides alimentaires :
- FABP (Fatty Acid Binding Protein) : transport des AG,
- NPC1L1 : transport du cholestérol → implication thérapeutique (hypolipémiant) à voir plus loin
dans le cours
Q/R : Ces transporteurs réalisent-ils un transport facilité ou ATP-dépendant ? Probablement que le
FABP fait un transport facilité et NPC1L1 un transfert ATP-dépendant, mais il n'en est pas sûr = ce
n'est pas à savoir.
Ce schéma résume ce qui se passe : les micelles sont digérées, les AG absorbés dans l'entérocyte.
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3.Les stérols végétaux
Stérol que l’on
retrouve dans toutes
les cellules animales
Stérol des plantes
(CH2-CH3 en plus)
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Dans le beurre, produit d’origine animal (lait de vache), on retrouve du cholestérol. Dans l’huile de
colza, produit d’origine végétal, pas de cholestérol mais dans les membranes des plantes, il y a quand
même des stérols, des stérols végétaux.
❖ La bêta-sitostérolémie
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C’est une maladie génétique (autosomique récessive) rarissime. Les patients ayant une bêtasitostérolémie absorbent massivement le cholestérol et absorbent les stérols végétaux (on en retrouve
dans leur plasma). Ces stérols végétaux et le cholestérol se déposent sur les parois, les patients se
retrouvent alors avec une athérosclérose carabinée et une hypercholestérolémie familiale assez
particulière, car répond à la nutrition.
→ Ce n’est pas qu’ils fabriquent plus de cholestérol ou qu’ils l’épurent moins bien
mais c’est qu’ils en absorbent beaucoup plus (avec en plus des stérols végétaux).
Comment détecte-t-on ces patients ?
En général, ils ont fait leur 1e infarctus vers 5-6 ans.
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Etude faite dans les années 2000
Voici 9 familles répertoriées dans le monde. En réunissant tous les patients, les chercheurs ont trouvé
dans 1 des 9 familles une mutation sur un transporteur ABC G5 qu’on retrouvait chez les individus
malades de cette famille, mais pas chez les individus sains ou les patients hétérozygotes. On sait que
ces transporteurs ABC font passer des petites molécules de part et d’autre des membranes notamment
des molécules lipophiles
Voici le gène du transporteur ABC.
On a remarqué qu’à coté de la séquence
codant pour le transporteur ABC G5, il y
avait un autre gène codant pour un autre
transporteur ABC G8. Il y a donc 2 gènes
en tandem sur le même chromosome,
séparés par quelques centaines de bases.
Les chercheurs ont alors trouvé que chez
toutes les autres familles il y avait une
mutation sur le gène d’ABC G8.
En conclusion, on constate que tous les
patients atteints de bêta-sitostérolémie
avaient une mutation soit sur ABC G5 soit
sur ABC G8.
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Science 290:1771-1775 -Berge et al. (Dec2000)
Accumulation of DietaryCholesterolin SitosterolemiaCausedby
Mutations in Adjacent ABC Transporters.
In healthy individuals, acute changes in cholesterol intake produce modest changes in
plasma cholesterol levels. A striking exception occurs in sitosterolemia, an autosomal
recessive disorder characterized by increased intestinal absorption and decreased biliary
excretion of dietary sterols, hypercholesterolemia, and premature coronary atherosclerosis.
We identified seven different mutations in two adjacent, oppositely oriented genes that
encode new members of the adenosine triphosphate (ATP) –binding cassette (ABC)
transporter family (six mutations in ABCG8 and one in ABCG5) in nine patients with
sitosterolemia.
The two genes are expressed at highest levels in liver and intestine and, in mice, cholesterol
feeding up –regulates expressions of both genes.These data suggest that ABCG5 and
ABCG8 normally cooperate to limit intestinal absorption and to promote biliary excretion of
,
sterols and that mutated forms of these transporters predispose to sterol accumulation and
atherosclerosis
1e étape : les gènes sont mutés chez les individus qui présentent cette pathologie.
2nde étape : on va voir où les gènes sont exprimés, où l’ARNm est fabriqué.
→ Les 2 gènes sont exprimés dans le foie et l’intestin, et répondent à une alimentation riche en
cholestérol.
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Ces données suggèrent qu’ABC G5 et G8 coopèrent pour limiter l’absorption intestinale des stérols
végétaux.
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Quand on est dans le tube digestif, on a des esters de cholestérol digérés par une cholesterolester
lipase, qui donnent du cholestérol libre. Ce cholestérol est absorbé par NPC1L1 de l’entérocyte puis va
aller dans le plasma. NPC1L1 est également capable de faire pénétrer du stérol végétal, du bêtasitostérol…
Donc on absorbe tous les stérols libres. Mais chez l’homme, il existe 2 pompes : transporteur ABC G5
et G8 (qui marchent ensemble) qui prennent spécifiquement les stérols végétaux et les remettent à
l’extérieur de la cellule.
Voila ce que ça a donné au niveau diététique :
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Puisqu’on n’absorbe pas les stérols végétaux, remplaçons le cholestérol par des stérols végétaux !
D’où le développement de yaourts et margarine enrichis en stérols végétaux. L’intérêt supplémentaire
(autre que de pouvoir remplacer le cholestérol par les stérols végétaux) est, qu’au niveau de la cellule,
il va y avoir une compétition entre le cholestérol et les stérols végétaux. Les stérols vont entrer en
priorité et le cholestérol reste dehors. Il y aura donc une diminution de l’absorption du cholestérol.
En plus, notre bile (qui se jette au niveau du sphincter de Oddi) contient du cholestérol. Normalement
on en réabsorbe 95%. Si on consomme des stérols végétaux on en réabsorbera un peu moins. Ces
produits sont très bien en prévention et dans le cadre d’un régime alimentaire équilibré.
Les stérols végétaux (cytostérols) on en absorbe 0.5 à 2%. Les stanols < 0.1%.
Question : Est-ce que ça va modifier le gout des aliments ? Si tu mets de la margarine sur du pain ça
n’aura pas tout à fait le même gout que le beurre mais le gout reste quelque chose de très subjectif !
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III. Métabolisme
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1.Hydrolyse
1e étape : glycolyse
On part d’un glucose : C6H12O6 +6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP
On arrive à l’acétyl CoA.
2e étape : cycle de Krebs
L’acétyl CoA va entrer dans le cycle de Krebs. Il se lit avec l’oxaloacétate. Des transporteurs
de protons sont générés, du CO2 est relargué.
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3e étape : chaine respiratoire
Transport des protons dans l’espace inter-membranaire mitochondrial, qui redescendent par
leur gradient de concentration grâce à l’ATP synthase (formation d’ATP a partir d’ADP+Pi).
Pour rappel : on peut former de l’acétylCoA à partir de glucose mais également à partir des
graisses :
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Ces AG sont stockés dans les adipocytes. La lipase pancréatique permet l’hydrolyse des TG
dans le tube digestif.
Dans l’adipocyte, il y a une autre lipase : la lipase hormono-sensible qui fait le même travail;
elle prend les TG et les transforme au AG. Elle est sensible au glucagon : on stocke donc les
AG non pas après un repas mais en période de jeûne.
On retrouve une autre enzyme : la lipoprotéine lipase, qui elle se trouve dans le plasma (on la
verra plus tard).
Il y a donc 3 TG lipases principales dans l’organisme :
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Lipase pancréatique (intestin>digestion),
Lipase hormono-sensible du tissu adipeux ,
Lipoprotéine lipase (plasma).
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Toutes ont un même type d’action : hydrolyse des acides gras en position 1 et 3.
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❖ Lipase hormono-sensible
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• Enzyme responsable de la libération des AGNE par le tissu adipeux (lipolyse).
• C’est une réaction génératrice de flux :
- Pour l’oxydation des acides gras par les tissus,
- Pour la cétogénèse dans le foie.
• Active durant le jeûne (glucagon) et inactive après les repas (insuline).
• Activée par le stress (adrénaline) et l’anoxie (manque d’oxygène).
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Voie d’activation du glucagon (= hormone)
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❖ Catabolisme des acides gras
• Dans les tissus utilisant l’oxygène, il assure une couverture énergétique.
• Il ne se déroule pas dans le cerveau, l’hématie et les tissus qui fermentent le glucose.
• Dans le foie +++.
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• Palmitate + 23 1/2 O216 CO2+ 16 H2O
• Formation de 130 molécules d’ATP
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Ces AG vont être activés dans la
cellule hépatique, pénétrer dans la
mitochondrie et être oxydés lors
de la β-oxydation.
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/!\ Les schémas suivant ne sont pas à apprendre !!!! Il ne nous demandera jamais quelque
chose qu’on pourrait trouver sur internet ! Il veut juste qu’on retienne le cycle dans sa
globalité et non le détail de chaque réaction.
➢ Etape 1 : acylation du CoA
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➢ Etape 2 : navette carnitine (passage dans la mitochondrie)
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➢ Etape 3 : la β oxydation
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❖ Cas particuliers
• AG avec un nombre impair de C
C3 restant→→ succinylCoA (cycle de Krebs).
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• α oxydation (C en position alpha)
Dégradation des AG ramifiés.
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• ω oxydation (C en position oméga)
Dégradation des AG par les 2 extrémités →C6 ou C8 → urine.
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• Dégradation péroxysomale des AG longs
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❖ Corps cétoniques
• Synthèse dans le foie à partir d’acétyl-CoA issus de l’oxydation des acides gras.
• Processus physiologique offrant aux tissus un dérivé hydrosoluble d’acides gras (cerveau).
• Intervient majoritairement entre les repas et durant le jeûne.
• S’exagère dans le diabète insulino-dépendant.
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A partir de 2 acétylCoA, on aura formation d’acétone, acétoacétate et bêta-hydroxybutyrate.
Ce sont les 3 corps acétiques.
Remarque : l’haleine du matin est due au corps cétoniques (et plus précisément à l’acétone).
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Pour récapituler :
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Rôle des corps cétoniques
• Energétique (épargne du glucose)
- Utilisés par les tissus oxydant les acides gras,
- Mais aussi par le cerveau.
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• Précurseurs anaboliques
- Lipides du cerveau chez le nouveau-né,
- Glande mammaire en lactation.
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• Signal métabolique
- Freine lipolyse, protéolyse et oxydation du glucose.
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Suite dans la prochaine ronéo…
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