– UE7 : – Sciences biologiques- 2016-2017 Introduction au métabolisme

2016-2017
Introduction au métabolisme
Biochimie
– UE7 : – Sciences biologiquesSemaine : n°1 (du 05/09/16 au
09/09/16)
Date : 06/09/2016
Heure : de 11h30 à
12h30
Binôme : n°7
Professeur : Pr. Brousseau
Correcteur : n°25
Remarques du professeur (Diapos disponibles, Exercices sur le campus, Conseils, parties importantes
à retenir, etc.)
•
Diapos disponibles sur Moodle
PLAN DU COURS
I)
Généralités
A)
Anabolisme
B)
Catabolisme
II)
Contrainte de l'anabolisme : consommation d'énergie
A)
Variation d'enthalpie libre
B)
L'ATP
C)
Le rôle des électrons
D)
Substrats énergétiques
1)
Glucose
2)
Les Acides Gras
3)
Les Acides Aminés
E)
Les différentes séquences de la glycémie
1)
Période Post-prandiale.
2)
Période de jeûne court
3)
Période de jeûne prolongé
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I)
Introduction au métabolisme
Généralités
Métabolisme : correspond à la somme de l'anabolisme (biosynthèse) et du catabolisme (dégradation). Dans une
même cellule, on peut parfois faire les deux réactions.
A)
Anabolisme
C'est la synthèse de biomolécules.
Objectif : Assurer le fonctionnement cellulaire, constituer des réserves
Contrainte : la synthèse demande une consommation d'énergie.
•
Glucose : Le foie est capable de synthétiser le glucose, lorsque celui-ci n'est pas apporté par
l'alimentation, si on a manqué un repas ou si on est à jeun par exemple.
•
Acide Gras : Synthèse lors d'un apport important de glucose qui apporte beaucoup d'énergie à
l'organisme. Le glucose non utilisé sera transformé en acide gras dans le tissu adipeux.
•
Acides Aminés : Synthèse d'acides aminés servant à la synthèse de protéines.
B)
Catabolisme
Permet la dégradation de biomolécules apportées par l'alimentation ou stockées, issues de la synthèse endogène.
Objectif : apporter des précurseurs essentiels et produire de l'énergie
•
Glucose : catabolisme dans les cellules musculaires
•
Acides Gras : dégradation des acides gras stockés dans le tissu adipeux
•
Protéines : si on est en jeûne, il y aura dégradation des protéines musculaires ou de la matrice
extracellulaire en acides aminés glucoformateurs qui permettront la formation de glucose dont la
dégradation permettra d'obtenir de l'énergie sous forme d'ATP.
Lors d'un jeûne prolongé, il y aura perte de graisse du sujet mais surtout perte de masse musculaire. Les
muscles sont une réserve de protéines.
Le catabolisme fournit l'énergie nécessaire à l'anabolisme
II)
Contrainte de l'anabolisme : consommation d'énergie
A)
Variation d'enthalpie libre
Une réaction est spontanément possible si la variation d'enthalpie libre est négative : si elle libère de l'énergie, de
la chaleur. ( G°<0).
Exemples
A→C
G°= + 5kcal/mol
réaction impossible
B → B'
G°= - 8kcal/mol
réaction possible
Le couplage des 2 donne :
A + B → C + B'
(+enzyme)
G°' = - 3 kcal/mol
réaction possible (et rapide)
L'association de ces 2 réactions permet de transformer A en C car le bilan des 2 réactions est négatif (-3 kcal/mol).
Cela permet de préciser le rôle des enzymes : un enzyme est un catalyseur biologique. Il n'a pas pour fonction de
rendre possible une réaction thermodynamiquement impossible, il va simplement accélérer la réaction
comme tout catalyseur.
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B)
Introduction au métabolisme
L'ATP
L'ATP est le donneur universel d'énergie. C'est un ribonucléotide triphosphate, l'énergie se situe entre les 2
groupements phosphates. Si par une réaction d'hydrolyse de l'ATP coupant la liaison ester phosphate, je libère une
énergie de 7,3 kcal/mol.
Je peux couper soit entre le 1er et le 2e phosphate ou entre le 2e et le 3e phosphate mais pas les 2. Une fois l'ATP
hydrolysé en ADP ou en AMP, toute l'énergie sera libérée.
ATP + H2O → ADP + Pi ΔG°' = - 7,3 kcal/mol
ATP + H2O → AMP + PPi ΔG°' = - 7,3 kcal/mol
Finalement, le donneur d'énergie étant toujours l'ATP, le métabolisme énergétique va tourner sur la fabrication de
ce dernier. → Que mettre en place pour assurer la production d'ATP ?
Le catabolisme produit de l'énergie sous forme d'ATP. Les substrats énergétiques proviennent de l'alimentation
(lipides, acides aminés, glucides) c'est à partir de leur catabolisme que l'on va produire de l'ATP.
La respiration permet d'apporter l'oxygène nécessaire au catabolisme de ces substrats énergétiques.
Les réactions de catabolisme sont donc des réactions d'oxydation.
Au bout de ces réactions de catabolisme se trouvent les métabolites ultimes qui seront éliminés :
•
NH3 -ammoniac toxique- transformée en métabolite non toxique : l'urée (éliminée dans les urines),
•
H2O,
•
CO2 (expiré)
Les biosynthèses, réactions d'anabolisme reposent sur des réactions de réductions
C)
Le rôle des électrons
Les réactions d'oxydation libèrent des électrons qui vont permettre de fabriquer l'ATP dans les crêtes
mitochondriales.
Pour produire l'ATP, il faut faire tourner la phosphorylation oxydante (ou oxydative) dans la mitochondrie qui
nécessite des électrons récupérés dans l'oxydation des substrats énergétiques.
A chaque oxydation, il y aura libération des électrons dans la cellule (cytoplasme, mitochondries) qui devront
voyager vers les crêtes mitochondriales via des transporteurs d'électrons. On aura donc besoin de coEnzymes,
les molécules chargées de ce rôle sont NADH2 ou FADH2 toutes deux chargés de deux électrons.
Dans toutes les réactions, on va partir d'une molécule A que l'on va transformer en molécule B via l'utilisation
d'enzymes. Le plus important est de savoir quel type de transporteurs d'électrons est utilisé (NADH2 ou FADH2).
Sortis de la mitochondrie, les coEnzymes sous forme oxydés auront cédés leurs électrons et pourront resservir
comme partenaires d'une nouvelle réaction.
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Introduction au métabolisme
La phosphorylation oxydante permet la fabrication de l'ATP, son alimentation se fait par l'apport d'électrons par
des transporteurs d'électrons (NADH2 et FADH2 ayant tous 2 électrons).
Il faut encore produire en grande quantité ces coEnzymes : via le cycle de Krebs, producteurs d'électrons.
Le cycle de Krebs ou cycle de l'acide citrique utilise comme seul et unique combustible l'acétylCoA. L'oxydation
complète de ce dernier libère du CO2 et les électrons nécessaires à la phosphorylation oxydante.
Comment produire de l'acyétylCoA ?
D)
1)
Substrats énergétiques
Glucose
La première source est le glucose, son catabolisme appelé la glycolyse permet d'en fabriquer. Le glucose est
apporté par l'alimentation ou stockée sous forme de glycogène (polymère de glucose) en réserve trouvé
essentiellement dans l'hépatocyte et la cellule musculaire. La néoglucogenèse est, quand à elle, la voie de
biosynthèse du glucose, celle-ci est essentiellement hépatique. Le précurseur de la néoglucogenèse est différent,
c'est le pyruvate et non l'acétylCoA. La transformation du pyruvate en AcétylCoA est irréversible.
2)
Les Acides Gras
Leur oxydation permet de former de l'AcétylCoa. Ce processus s'appelle la Beta-oxydation. Les AG peuvent
provenir de l’alimentation ou de stockage (sous forme de triglycérides) : dans le tissu adipeux, des adipocytes. On
peut synthétiser les AG en prenant pour précurseur l'AcétylCoA.
3)
Les Acides Aminés
Trouvés en grande quantité dans les protéines, en particulier les protéines musculaires. Il existe 2 sortes d'acides
aminés :
1. AA cétogène : leur catabolisme conduit directement à l'acétylCoA, ce sont donc bien des substrats
énergétiques.
2. AA glucoformateurs : leur catabolisme conduit au pyruvate, ils peuvent alors être utilisé de 2 manières →
Oxydés en AcétylCoA ou en précurseur à la synthèse de glucose.
Un apport important de glucose sature le cycle de Krebs en AcétylCoA. L'excédent sera alors transformé en AG
stocké dans les adipocytes. Mais on ne peut pas fabriquer de glucose à partir des réserves d'AG → Je ne peux pas
réguler ma glycémie à partir de mes réserves d'AG.
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E)
Introduction au métabolisme
Les différentes séquences de la glycémie
Toutes ces réactions sont ordonnées :
1)
Période Post-prandiale.
Je viens de manger, j'ai donc apporté un maximum d'énergie sous forme de glucides ou de lipides... Une partie des
substrats énergétiques sera consommée directement pour la fabrication d'ATP essentiel au fonctionnement. L'excès
sera stocké en partie sous forme de glycogène et surtout sous forme de triglycérides.
2)
Période de jeûne court :
Le maintien d'une glycémie constante est primordial car les neurones consomment du glucose, ils ne peuvent pas
consommer d'AG. On se sert alors dans les réserves de glucose : le glycogène.
Si le jeûne se prolonge, les réserves en glycogène peu importantes s'amoindrissent → Le foie se met à synthétiser
du glucose afin de protéger le cerveau: inversion du métabolisme hépatique. Le foie a tout de même des besoins
énergétiques : il prélèvera l'acétylCoa en catabolisant les Acides Gras par beta-oxydation.
Si le jeûne se prolonge encore, il faudra accélérer le mobilisation des réserves, et commencer à dégrader des
protéines, libérant les acides aminés qui seront utilisés directement pour la fabrication de glucose (acides aminés
glucoformateurs) ou pour produire de l'acétylCoa.
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3)
Introduction au métabolisme
Période de Jeûne prolongé :
Je mobilise les ressources du tissu adipeux, les protéines musculaires et finis par produire énormément
d'acétylCoA. Cet excès va permettre de fabriquer des corps cétoniques : petites molécules qui sont, avec le
glucose, les seuls substrats énergétiques que peut consommer le cerveau.
Les corps cétoniques sont des molécules très acides. Leur fabrication en excès diminue le pH sanguin (7,35-7,45)
pouvant déclencher un coma acido-cétonique engageant le risque vital.
Le sujet diabétique mal équilibré ne peut pas faire rentrer le glucose dans les cellules grâce à l'insuline, cela
équivaut à ne pas consommer de glucose. Les mêmes mécanismes sont alors activés → production importante de
corps cétoniques → coma acido-cétonique du sujet diabétique.
Crise d'acétone chez l'enfant: l'acétone étant un corps cétonique qui ne reste pas dans le sang. Ainsi sa détection
est une manifestation d'une quantité trop importante de corps cétoniques.
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