– UE 7 : Sciences biologiques –

2015-2016
Introduction au métabolisme
Biochimie
– UE 7 : Sciences biologiques –
Semaine : n°1 (du 07/09/15 au
11/09/15)
Date : 07/09/2015
Heure : de 14h00 à
15h00
Binôme : n°4
Correcteur : n°6
Remarques du professeur
•
Diapos disponibles sur Moodle
PLAN DU COURS
I)
Généralités
II)
Utilisation de l'énergie
Professeur : Pr. Brousseau
A)
La variation d'enthalpie libre
B)
Nécessité de l'ATP
C)
Le rôle des électrons
D)
Les substrats énergétiques
E)
Les différentes périodes de la glycémie
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I)
Introduction au métabolisme
Généralités, définitions
Le métabolisme correspond à la somme de l’anabolisme (réaction de biosynthèse) et du catabolisme
(réaction de dégradation).
Un très grand nombre de molécules peuvent être synthétisées, donc passer par la voie de l’anabolisme.
Exemple : métabolisme du cholestérol = anabolisme + catabolisme du cholestérol.
L’organisme réalise les 2 réactions : anabolisme et catabolisme. Dans une même cellule, on peut parfois
faire les 2 réactions.
Exemple : l’hépatocyte est capable de réaliser le métabolisme du cholestérol : elle le synthétise, et c’est aussi la seule
cellule qui dégrade le cholestérol.
On a donc les 2 réactions de la métabolisation d’une molécule, au sein d’une même cellule ; mais pas au
même moment. C’est-à-dire qu’en plus des réactions de synthèse ou de dégradation, il existe aussi des
mécanismes de régulation coordonnée de ces voies, pour ne pas qu’elles aient lieu au même moment.
On peut en plus de ça, stocker certaines molécules comme les acides gras, qui sont sous réserves dans les
adipocytes, se trouvant dans le tissu adipeux.
Le cholestérol sert au fonctionnement des cellules, sa synthèse permet d’être utilisée comme précurseur
de vitamine D ou d’hormones stéroïdes.
Cependant, la voie de l’anabolisme a une contrainte : pour synthétiser, il faut un peu d’investissement, et
certaines réactions de biosynthèse seront consommatrices d’énergie.
L’intérêt du catabolisme sera alors de récupérer les précurseurs de la molécule, mais aussi de produire
de l’énergie à partir des molécules à dégrader. La plupart des réactions de catabolisme seront donc
nécessaire pour une production d’énergie, pour pouvoir faire des synthèses.
II)
Utilisation de l'énergie
A)
La variation d'enthalpie libre
Pourquoi un besoin d’énergie ? Pourquoi ces réactions ne sont-elles pas spontanées ?
Une réaction en biochimie ou en chimie n’est possible que lorsque la variation d’enthalpie libre est
négative : quand elle libère de l’énergie. Autrement dit, elle se fera spontanément si elle libère de la
chaleur : ∆G°<0
•
Si la réaction de transformation de A vers B dégage de l'énergie, elle est possible.
•
A l’inverse, une réaction peut avoir besoin d’un apport d’énergie. Elle sera possible à cette
condition.
Une réaction consommatrice aura une variation d’enthalpie libre positive et sera donc impossible.
On peut aussi coupler des réactions. Si on transforme A en C, il faudra aussi transformer B en B’.
Exemple : A → C
B → B'
∆G°= + 5kcal/mol : réaction impossible
∆G°= - 8kcal/mol : réaction possible
Le couplage des 2 donne :
A + B → C + B'
∆G°' = - 3 kcal/mol : réaction possible ( et rapide)
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Introduction au métabolisme
Pour faire aller plus vite une réaction, on rajoute un catalyseur biologique. Dans la plupart des réactions
de métabolisme, les réactions sont facilitées, accélérées par l’enzyme, qui en revanche n’apporte aucune
énergie. L’enzyme ne rendra pas possible une réaction impossible.
Un grand nombre de réactions nécessitera une enzyme, ainsi qu’une deuxième réaction couplée qui leur
apportera de l’énergie.
B)
Nécessité de l'ATP
Cette molécule qui réagira pour former de l’énergie est l’ATP : sa simple hydrolyse permet de former
l’ADP et libère 7,3 kcal/mol.
Soit on hydrolyse l’ATP en ADP, soit en AMP, mais dans les 2 cas on libère la même chose. Cette
réaction n’est pas réversible, ça ne fonctionne qu’une fois par molécule. L’ATP est donneur universel
d’énergie.
ATP + H2O → ADP + Pi
ΔG°' = - 7,3 kcal/mol
ATP + H2O → AMP + PPi
ΔG°' = - 7,3 kcal/mol
Si on veut faire fonctionner une cellule et un organisme, il faut pouvoir à tout moment produire de
l’ATP, qu’on pourra utiliser afin de faire des réactions d’anabolisme.
L’ATP n’est fabriquée qu’à partir des substrats énergétiques, qui sont :
•
le plus simplement le glucose. Le glucose peut aussi être stocké sous forme de glycogène, dans
l’hépatocyte et dans la cellule musculaire.
•
les acides gras, retrouvés dans les lipides. Ils seront aussi stockables dans le tissu adipeux. Ils
sont un relais au glucose
•
les acides aminés, autrement dit les protéines.
Le catabolisme est une réaction d'oxydation. L’oxygène dont on aura besoin pour les oxydations est
l’oxygène que l’on respire.
Une fois les AA, glucides et lipides oxydés, la cellule rejette les molécules inutiles, à partir desquelles on
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Introduction au métabolisme
ne peut plus extraire d’énergie. Ce sont les métabolites ultimes. Exemple : CO2, ammoniaque,…
Le catabolisme repose donc sur des réactions d’oxydation, qui permettent la fabrication d’ATP.
L’anabolisme repose, lui, sur des réactions de réduction.
L’ATP est fabriqué dans les crêtes mitochondriales, grâce à une suite de réactions de phosphorylations
oxydatives. Oxyder une molécule revient à lui arracher des électrons. Les réactions de catabolisme vont
oxyder les substrats énergétiques, leur arracher les électrons qui vont être injectés dans les réactions de
phosphorylation oxydatives pour être transformés en énergie.
C)
Le rôle des électrons
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Introduction au métabolisme
Lors du catabolisme, on va arracher les électrons aux molécules. Les électrons suivront un chemin, grâce
à des transporteurs d’électrons qui arrivent dans la réaction sans électron et qui ressortent avec électron.
Ex de transporteurs : NADH2 et FADH2. Dans chaque réaction, il faut repérer par quoi est transporté
l’électron.
A la crête mitochondriale, les transporteurs pourront alors libérer les électrons. Dépourvus d’électrons,
les transporteurs repartent au catabolisme pour rapporter à nouveau d’autres électrons.
Les électrons sont apportés à la phosphorylation oxydative par le FADH2 et NADH2. Une grande partie
de ces transporteurs est produite par le cycle de Krebs qui est le cycle de l’acide citrique = une suite de
réactions d’oxydation.
Le cycle de Krebs est un réacteur dans lequel il faut apporter du combustible, l’acétyl CoA.
Toute la chaîne est invariante. Pour fabriquer de l’ATP, il faudra trouver de l’acétyl CoA.
D)
Les substrats énergétiques
Les molécules qui donnent de l’acétyl coA sont les substrats énergétiques. Le premier est le glucose. Il
sera dégradé dans une réaction de glycolyse, qui est une réaction de dégradation pour produire de l’acétyl
CoA.
Il existe une voie inverse à la glycolyse = la glucogenèse, qui permet de fabriquer le glucose qu’on
pourra ensuite stocker sous forme de glycogène.
Autre substrat énergétique : les acides gras car leur catabolisme produit de l’acétyl CoA, et produit donc
de l’énergie.
Ces réactions (dégradation de glucose ou AG) de catabolisme sont des béta-oxydations.
Le 3ème substrat énergétique est les AA, trouvé en grande quantité dans les protéines, en particulier dans
les protéines musculaires. Leur catabolisme débouche sur l’acétyl coA ou sur le pyruvate, puis le
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Introduction au métabolisme
pyruvate donne l’acétyl CoA. Cette réaction de transformation du pyruvate en acétyl coA est irréversible.
On a des acides aminés cétogènes, ainsi que des gluco-formateurs. Pour synthétiser le glucose, on doit
prélever dans les précurseurs, qui sont des molécules dont le catabolisme conduit au pyruvate. Les acides
aminés qui se dégradent en pyruvate sont donc gluco-formateurs. Mais certains AA ont un catabolisme
qui les transforment en acétyl CoA et ne pourront donc plus se transformer en glucose.
En dégradant du glucose on fabrique du pyruvate en grande quantité, donc de l’acétyl coA en grande
quantité, qui devient de l'ATP. Si la dépense énergétique n’est pas considérable, alors on stocke
l’énergie : l’acétyl CoA en excès se transforme en AG qu’on stocke dans les adipocytes.
Avoir beaucoup d’AG dans les adipocytes ne permet pas d’éviter les hypoglycémies car les AG se
transforment uniquement en acétyl CoA qui lui ne peut plus revenir à l’état pyruvate. Il faudra alors
forcément un apport en précurseur pour éviter l’hypoglycémie.
E)
•
Les différentes périodes de la glycémie
En période postprandiale, l’organisme s’oriente vers une voie de stockage. On fait donc des
réserves de glucose sous forme de glycogène et des réserves d’AG sous forme d’adipocytes.
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Introduction au métabolisme
•
Au milieu de la nuit ou en période de jeûne, on va mobiliser les réserves en glucose, on le libère.
On ira chercher dans les réserves d’adipocytes, qui pourront donner de l’ATP.
•
Pour maintenir la glycémie en cas de jeûne prolongé, on aura alors une activation de la
néoglucogenèse au niveau hépatique.
NB : Le cerveau est gluco-dépendant.
•
Lors d’un jeûne prolongé, on viendra chercher aussi l’énergie dans les acides aminés, on aura
donc une perte de masse grasse, mais aussi une fonte musculaire. Les corps cétoniques sont un
substrat énergétique alternatif à la formation de glucose pour le cerveau, bien que cette alternative
reste dangereuse pour le cerveau.
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