25 11 16 8h 9h inte gration me tabolisme tailleux

2016-2017
Intégration et coordination du métabolisme
– UE 7 :Sciences Biologiques –
Semaine : n°12 (du 21/11/2016 au
25/11/2016)
Date : 25/11/2016
Heure : de 8h00 à
9h00
Binôme : n°52
Professeur : Pr. Mhur-Tailleux
Correcteur : n°53
Remarques du professeur Diapositives disponibles sur moodle
PLAN DU COURS
I) Généralités des réactions enzymatiques
II) Métabolisme : voies interconnectées
A) Voies métaboliques essentielles
B) Carrefour métabolique clé
III) Profil métabolique des organes
A) Cerveau
B) Muscle squelettique
C) Muscle cardiaque
D) Tissus adipeux
E) Rein
F) Foie
G) Importance des échanges entre les différents organes
H) Réserve énergétique chez l'homme
IV) Choix des molécules énergétiques en fonction des conditions
métaboliques
A) Etat Post prandial
B) Etat de jeune court
C) Etat de jeune prolongé
V) Choix des molécules énergétiques au cours d'un exercice
A) Sprint de 100 mètres
B) Sprint de 1000 mètres
C) Marathon 42 200 mètres
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I) Généralités des réactions enzymatiques
Au niveau de l'organisme entier et d'une manière générale, on peut résumer comment le catabolisme génère :
- de l'ATP
- du pouvoir réducteur (NADPH)
- des éléments de base pour les biosynthèses (anabolisme et catabolisme connectés).
Il existe différents niveaux de la régulation enzymatique qui se fait à plusieurs niveaux :
- Au niveau de la quantité d'enzyme présente, régulée par la synthèse enzymatique.
- Au niveau de la quantité de protéine présente, régulée par la synthèse protéique.
- Mais aussi au niveau de leur dégradation
- A plus court terme, au niveau de l'activité de l'enzyme qui peut être encore plus active par contrôle allostérique.
Ceci permet à l'activité enzymatique de s'adapter au contexte métabolique notamment par des mécanismes de
phosphorylation réversible et par contrôle hormonal ( = régulation par charge énergétique).
Exemple de l'insuline (contrôle hormonal) qui permet une phosphorylation réversible mais qui permet
aussi de réguler l'expression d'un certain nombre d'enzyme.
Cette activité enzymatique peut aussi s'adapter au contexte métabolique par régulation de la disponibilité du
substrat ( = régulation par compartimentation)
Exemple du pyruvate qui doit passer la matrice mitochondriale pour rencontrer son enzyme : la pyruvate
carboxylase.
II) Métabolisme : voies interconnectées
A) Voies métaboliques essentielles
La glycolyse, le cycle de l'acide citrique, la phosphorylation oxydative, les voies des pentoses, néoglucogenèse, la
glycogénogenèse, glycogénolyse, le cycle des Acides gras, la bêta oxydation des Acides gras, la synthèse des corps
cétoniques.
B) Carrefours métaboliques clés
Il existe 3 carrefours métaboliques clé :
–
Glucose 6 phosphate :
Il est capable de s'engager dans 4 voies, il peut :
- redonner du glucose par la gluco-6-phosphatase dans
le foie et dans le muscle.
- être stocké sous forme de glycogène
(glycogénogenèse)
- s'engager dans la voie des pentoses.
- s'engager dans la voie de la glycolyse.
Pour qu'il s'engage dans une voie plutôt que dans une autre cela va dépendre : du type d'organe, de cellule, de tissu
et puis le contexte métabolique (à jeun...), contexte physiologique et pathologique.
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Le pyruvate :
Il provient du Phosphoénol Pyruvate et donc du glucose (glycolyse) du lactate (LDH), de l'alanine
(transamination) et peut donner :
- de l'Oxalo Acétate (qui pourra redonner du PEP)
- de l'Acétyl CoA, qui est aussi un carrefour métabolique.
De la même manière, en fonction du contexte métabolique, il
va s'engager dans une voie ou une autre mais aussi en fonction
du type d'organe.
–
L'acétyl CoA :
Il provient des Acides gras et peut être oxydé complètement en
Dioxyde de Carbone (CO2).
Rappel : le schéma énergétique et également régulé par
régulation hormonal notamment par l'insuline et le glucagon.
III) Profil métabolique des organes
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A) Cerveau
Sources: glucose et les corps cétoniques. Il n'a pas de réserve en glycogène et donc dépendant d'un apport
continu et permanent en glucose (120g/jour).
Il rentre dans les neurones par GLUT3 qui a un KM bas pour avoir une vitesse d'entrée qui est tjs maximale.
Enfin, c'est un tissu insulino-indépendant et donc l'utilisation et l'entrée du glucose n'est pas dépendant de
l'insuline.
B) Muscle squelettique
Sources : AG, corps cétoniques et glucose. Possède une réserve en glucose qui n'est utilisable que par le muscle.
Au repos, on utilise principalement les AG mais en activité on va utiliser le glucose anaérobie ou aérobie et les AG
pour une activité un peu plus longue.
Il utilise GLUT 4 avec un Km environ égal à celui de la glycémie.
Enfin, c'est un tissu insulino-dépendant : sous l’effet de l'insuline, ces molécules vont migrer .
C'est l'insuline qui permet l'expression de GLUT4 à la surface de la cellule.
C) Muscle cardiaque
Travaille uniquement en aérobiose (pas de glycolyse anaérobie).
Sources : AG majoritairement, corps cétoniques et glucose.
D) Tissus adipeux
Ce sont les réserves énergétiques.
En principe ils doivent être présents dans toutes les cellules de l'organisme mais ne peuvent être stockées que dans
le tissu adipeux sinon cela provoque une lipotoxicité, qui est pathologique, ou même une stéatose qui est délétère
(peut être accompagné d'inflammation) dans le cas où on le stocke dans le foie → complication hépatique majeure
de l'obésité.
De la même manière, si on le stocke dans le pancréas → dépôts ectopiques qui sont pathologiques eux aussi.
En période d'abondance, il se forme des triglycérides (glycérol + AG )
Il utilise GLUT 4
Enfin, c'est un tissu insulino dépendant tout comme le muscle squelettique.
E) Rein
Consomme beaucoup d'énergie pour tous les phénomènes d'absorption et réabsorption.
Sources : utilise le glucose et les AG
Utilise la néoglucogenèse à partir du glucose-6-P.
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F) Foie
Il est le chef d'orchestre de l'ensemble du métabolisme qui régule la glycémie puisqu'il stocke et libère du glucose
en fonction des besoins de l'organisme.
Il va aussi faire de la lipogénèse : sécrétion des VLDL qui transportent des TG.
En période de jeune, il peut faire de la néoglucogénèse et permet la formation de corps cétoniques.
Il utilise GLUT 2 qui a un KM élevée (20 mM).
Enfin, c'est un tissu insulino dépendant tout comme le muscle squelettique et le tissu adipeux.
G) Importance des échanges entre les différents organes :
Il existe des connexions entre :
–
le muscle et le foie, ceci grâce au cycle de Cori.
Dans une condition d'activité physique particulière, le muscle a une activité rapide et fait donc de la
glycolyse.
Ceci permet de créer du pyruvate qui ensuite va se transformer en lactate. Le lactate part vers le foie pour
redonner du glucose par la néoglucogenèse. La synthèse du glucose va être reportée sur le foie. Et
l'alanine aussi va pouvoir contribuer à la néoglucogénèse.
Cela explique donc le rôle fondamental du foie dans la reconstitution du glucose par la voie de la
néoglucogenèse.
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le foie-tissu adipeux. Dans le tissu adipeux, on a des Acides Gras qui sont apportés par la circulation
sanguine grâce aux Chylomicrons (grosses lipoprotéines) qui viennent de l'intestin et qui transportent les
triglycérides exogènes alimentaires.
Ils sont aussi apportés par les VLDL qui sont produites par le foie à distance d'un repas, et qui transportent
les triglycérides du foie.
Grâce à la lipoprotéine lipase, a la surface des adipocytes, les AG rentrent dans la cellule et sont
transformés en Acyl Co A.
Tandis que le glucose va rentrer dans l'adipocyte par GLUT-4 et s'engage dans la voie de la glycolyse et
va donc donner du glycérol 3 phosphate.
Lorsque l'on combine l'Acétyl CoA + le glycérol 3 phosphate, on obtient du triacyl glycérol (TAG).
Donc, si il n'y a pas de glucose, on ne peut pas stocker sous forme de TAG.
Ces derniers à distance d'un repas, vont subir l'action de la Lipase Hormono Sensible (LHS) qui libère
d'une part les AG et d'autre part le glycérol.
Les AG libérés par les triglycérides vont donner de l'ACyl CoA qui vont pouvoir être stockés.
Finalement c'est la disponibilité en glucose qui va déterminer la libération des acides gras.
En période de jeun, il n'y a pas de glucose qui rentre, et donc les AG sont libérés de la cellule. Mais en période
prandiale, il y a beaucoup de chylomicrons et donc les AG vont être stockés sous forme de Triglycérides.
De toute façon en période prandiale la LHS est inhibée par l'insuline (pas de raison qu'il y ait libération d'AG mais
parfois une petite activité persiste.
Après la libération :
Les AG vont aller vers les utilisateurs : foie par exemple
Le glycérol va contribuer à la néoglucogenèse pour donner du glucose. Elle nécessite de l'ATP et du NADH
(apporté par béta oxydation des acides gras). L'acétyl coA joue un rôle important car c'est un régulateur
métabolique qui active la pyruvate carboxylase et favorisera donc la néoglucogenèse ou non → régulation
métabolique allostérique
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H) Réserves énergétiques chez l'homme (70kg)
Remarque : Les valeurs chiffrées ne sont pas à connaître , il faut juste connaître les proportions majoritaires.
IV) Choix des molécules énergétiques en fonction des conditions
métaboliques
A) Etat Post prandial
Le cerveau, le foie, le muscle, le tissu adipeux et le pancréas sont des producteurs des hormones insuline et
glucagon.
En état postprandial, le glucose circulant est présent en abondance, il va entraîner la synthèse d' insuline dans le
pancréas qui active des voies métaboliques.
Il va d'abord au cerveau par le GLUT3 et ensuite va aller dans les muscles par le GLUT4. Là il va être stocké
sous forme de glycogène (glycogénogenèse) lorsque nous sommes, en principe, au repos.
Le muscle va utiliser les Acides aminés et les stocker sous forme de protéines.
Le glucose va être utilisé par le tissu adipeux qui va stocker les AG avec le glucose sous forme de triglycérides.
L'action de l'insuline va favoriser
–
le stockage du glycogène,
–
des AA sous forme de protéine
–
et l'entrée des AG + du glucose → stockage des triglycérides.
Une fois que tous les organes sont servis en glucose, l’excès, par GLUT 2, va être stocké sous forme de
glycogène dans le foie.
Une autre partie peut s'engager dans la voie de la glycolyse et lipogenèse (synthèse d'AG à partir de glucose).
L’insuline active la glycolyse (pyruvate carboxylase) et la lipogenèse.
Les AG vont ensuite sortir sous forme de VLDL du foie et aller vers les tissus utilisateurs.
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B) Etat de jeûne court (de quelques heures comme durant la nuit)
Le tissu adipeux libère des AG et du glycérol qui vont aller au foie pour participer à la néoglucogenèse.
En effet, les AG deviennent AcoA pour permettre cette néoglucogenèse mais aussi au bout d'un certain temps
pour donner des corps cétoniques utilisés pour le cerveau, même si celui ci utilise majoritairement le glucose
produit par le foie.
Dans le muscle, on va avoir la glycogénolyse : glucose va donner du lactate utilisé par le foie pour la
néoglucogenèse.
Si le jeûne se prolonge, on peut avoir une légère protéolyse du muscle qui donne des AA qui vont reparticiper à la
néoglucogenèse hépatique.
Tout ceci est orchestré par le glucagon qui active la LHS, qui va activer la glycogénolyse et la néoglucogenèse.
Tandis qu'elle est inhibée par l'insuline.
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C) Etat de jeûne prolongé (au delà de 24h)
Jeune prolongé : jeun non physiologique, forcé.
3ème jour : le cerveau utilise toujours beaucoup de glucose mais il commence à utiliser les corps
cétoniques.
40ème jour : adaptation qui fait que les besoins en glucose sont moins importants car les 2/3 de
l'énergie sont finalement apportés par les corps cétoniques.
Le cerveau, qui est l'organe à préserver, s'est adapté ce qui permet de limiter le glucose car il est formé
par des sources indispensables pour le reste de l'organisme.Les autres utilisations du glucose ne changent
pas beaucoup :
–
La lipolyse du tissu adipeux se fait toujours autant (il faut donc avoir assez de tissu adipeux pour
pouvoir continuer à lipolyser).
–
Au 3ème jour, protéolyse importante, tandis qu'elle est limitée au 40ème jour : il faut limiter la
protéolyse musculaire.
–
La production de glucose diminue mais les corps cétoniques augmentent de manière
constante.
Les 2 priorités au cours d'un jeune prolongé :
–
alimenter le cerveau en glucose et les autres tissus comme les GR qui sont dépendants
–
préserver les protéines et du même coup réserver les muscles pour «fuir devant l'ennemi».
En somme les besoins énergétiques en glucose vont être déplacés vers les AG puis les corps cétoniques.
Ceci permet de préserver le potentiel protéique de l'organisme (+++)
Au bout de quelques semaines de jeûne, les corps cétoniques deviennent la source principale d'énergie,
le cerveau utilise moins de glucose et donc évidemment la protéolyse est moins importante que pendant
les premiers jours du jeune.
Au bout d'un moment tout le tissu adipeux est détruit et là on peut plus faire des corps cétoniques donc
on doit se remettre à faire du glucose et on va le faire à partir des AA des protéines (seule source
d'énergie restante). Avec dans l'ordre :
–
des protéines musculaires
–
puis protéolyse des protéines cellulaires : hépatiques, rénales, cardiaques ... → perte très rapide
des fonctions vitales avec la mort qui survient très rapidement.
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V) Choix des molécules énergétiques au cours d'un exercice
Tout d'abord il y a un tout petit peu d'ATP en réserve dans le muscle qui permet la contraction pendant
une seconde mais cela est très variable.
Ensuite on va trouver dans le muscle de la créatine phosphate dans le muscle (molécule à haut
potentiel de transfert de groupement phosphate).
Elle va donner de l'ATP puis de la créatine dans un second temps uniquement après avoir été dégradé
au niveau rénal (elle dépend de la créatine kinase).
Elle va donner de l'ATP pour une contraction de 4 à 5 secondes. Elle est produite rapidement mais il faut
tout de même le temps d'une réaction enzymatique.
On est donc à une contraction de 5-6 secondes.
Dans un second temps, c'est par un mécanisme de glycolyse anaérobie que l'on produit l'ATP : 2
molécules d'ATP par molécule de glucose.
Pour finir, une glycolyse aérobie qui produit 30 molécules d'ATP par molécule de glucose mais c'est
plus lent.
Autres sources : oxydation des AG qui est plus rentable mais cette production est plus lente (il faut
libérer les AG, les faire parvenir au muscle, etc..).
Sprint 100 mètres
Sprint de 1000 mètres
Marathon 42,2 Km
–
ATP réserve
–
ATP réserve
–
150 moles d'ATP
–
Créatine P
–
Créatine P
–
2 à 3h
–
Glycolyse anaérobie du
glycogène musculaire
–
Glycolyse anaérobie du
glycogène musculaire
–
–
Coopération musclefoie (cycle de Cori)
–
Glycolyse aérobie du
glycogène musculaire
Coopération
muscle, foie et
tissu adipeux
–
Coopération muscle foie
(cycle de Cori)
–
Mobilisation du
glycogène
hépatique, et des
Acides gras du
tissu adipeux.
–
La production
d'ATP à partir des
AG est essentiel
pour course > 30
min : à ce moment
là, l'utilisation du
glucose et celle de
l'AG est environ
égale.
Caractéristiques
–
Remarques
–
La vitesse ne peut être
maintenue plus
longtemps aussi élevée
car la concentration en
lactate sanguin qui
s'accentue provoquerait
une acidose (qui peut
être toxique)
Et parce que la
glycolyse ralentit.
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