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CHAPITRE 1 : BIOENERGETIQUE :
DIA1 :
Le métabolisme cellulaire est constitué d’un ensemble de réactions (bio)chimiques
qui permettent à la cellule de survivre, de se différencier, de se diviser et d’assurer
ses fonctions physiologiques.
Ce métabolisme cellulaire « se nourrit » notamment de molécules exogènes
« simples » qui proviennent de l’ingestion et de la digestion d’aliments par
l’organisme multicellulaire. Les molécules exogènes simples qui dérivent du
processus de digestion sont ensuite absorbées dans la circulation sanguine et
transportées vers les cellules.
Ces molécules exogènes simples sont, par exemple, des glucides (glucose
provenant de polysaccharides alimentaires), des lipides simples (acides gras et
glycerol provenant de lipides complexes alimentaires), des acides aminés (provenant
de protéines alimentaires) et des nucléotides (provenant d’acides nucléiques : ADN
et ARN des cellules ingérées).
DIA2 :
Une fois à l’intérieur de la cellule, ces molécules exogènes simples sont engagées
dans des voies métaboliques et elles subissent des transformations biochimiques.
L’ensemble des voies métaboliques constituent le métabolisme cellulaire. Ces voies
métaboliques sont représentées en couleurs différentes sur la figure de gauche.
Il est important de constater que les voies métaboliques interagissent ou
« communiquent » entre-elles : des points de contact ou de transit existent entre les
différentes voies.
Chaque voie métabolique est constituée de plusieurs réactions biochimiques
successives. Dans chaque voie métabolique, au cours de chaque réaction
biochimique, la molécule produite s’appelle un métabolite. Ces voies métaboliques
peuvent être comparées au plan de métro/RER d’une grande ville comme Paris : il
existe de nombreuses lignes de métro/voies métaboliques qui sillonnent la ville et la
possibilité existe pour les passagers/métabolites de changer de ligne à certaines
stations/points de contact ou de transit.
Les voies métaboliques peuvent être linéaires ou circulaires (figure de droite). Dans
le premier cas, la voie métabolique transforme un substrat ou réactif X en un produit
Y en plusieurs réactions biochimiques. Dans le second cas, le substrat Y subit de
nombreuses transformations biochimiques pour revenir après un cycle à ce même
substrat Y ; on parle alors de cycle métabolique. Un des cycles les plus connus est le
cycle de Krebs.
DIA3 :
On distingue deux grandes classes de voies métaboliques dans la cellule : les voies
cataboliques, où les molécules simples subissent des transformations chimiques qui
conduisent à des produits finaux très pauvres en énergie (CO2, H2O, NH3,…) et à la
production d’énergie dans la cellule, et les voies anaboliques qui permettent la
synthèse de molécules endogènes complexes (protéines, acides nucléiques, lipides
complexes, glycogène) mais qui nécessitent une consommation d’énergie.
De manière très simplifiée, les molécules simples qui rentrent dans les voies
métaboliques cellulaires participent donc à la synthèse de molécules endogènes
complexes (c'est-à-dire qu’elles servent de matériaux de construction) ET à la
production d’énergie dans la cellule, énergie nécessaire notamment pour cette
synthèse.
1
N’oublions pas que les molécules endogènes complexes subissent aussi des
transformations chimiques dans la cellule et rentrent donc aussi dans des voies
cataboliques (ex : le glycogène, un polymère de glucose qui sert de stock cellulaire,
est dégradé en glucose lors du jeûne ; les protéines endogènes ont un temps de
demi-vie limité et sont donc catabolisées à plus ou moins long terme).
DIA4 :
Cette figure résume l’antagonisme des voies métaboliques cataboliques et
anaboliques, productrices et consommatrices d’énergie. Cette énergie chimique est
constituée des molécules d’ATP, de NADPH, NADH et FADH2 sur lesquelles nous
reviendrons dans la suite du cours.
DIA5 :
Les voies métaboliques sont localisées dans des compartiments cellulaires
spécifiques. Par exemple :
- noyau : synthèse d’acides nucléiques (ADN, ARNm)
- mitochondrie : cycle de Krebs, phosphorylation oxydative, oxydation des acides
gras, quelques réaction de la gluconéogénèse…
- cytosol : glycolyse, synthèse des acides gras, quelques réactions de la
gluconéogénèse
- ribosome : synthèse de protéines
- granules de glycogène : synthèse du glycogène
- réticulum endoplasmique : synthèse de lipides et de stéroïdes
Toutes les voies métaboliques ne sont pas actives dans tous les types cellulaires.
Par exemple, la néoglucogenèse se déroule exclusivement dans le foie, le rein et
l’intestin grêle.
Les conditions physiologiques d’activation ou d’inactivation de l’une ou l’autre voie
métabolique sont par exemple : le jeûne><la prise de nourriture ; l’exercice
physique><le repos,…
DIA6 :
Il est important ici de relire attentivement le chapitre 7 du cours de BA2 sur les
réactions enzymatiques donné par le Prof. F. Bureau pour comprendre la suite…
Il existe donc des voies cataboliques qui fournissent de l’énergie à la cellule et des
voies anaboliques qui consomment cette énergie. L’unité de base des voies
métaboliques étant la réaction biochimique, il est important d’identifier au sein de ces
voies, les réactions biochimiques qui conduisent à une production d’énergie, de
travail ou de chaleur (les réactions exergoniques, qui libèrent des Joules, unité
d’énergie) et celles qui en consomment (les réactions endergoniques, qui
consomment des Joules). Les premières, celles qui libèrent de l’énergie, se déroulent
spontanément, alors que les secondes ne sont pas spontanées: elles ne se
déroulent que si la cellule fournit de l’énergie ou du travail.
Le physicien américain Josiah Willard GIBBS a introduit une nouvelle fonction d’état,
l’énergie libre de Gibbs de x, ou Gx (unité : Joule/mole), qui mesure l’énergie, le
travail, la chaleur que pourrait libérer une mole de x. Gx dépend donc de la nature de
la molécule X ( càd de la qualité et de la quantité des liaisons chimiques qui unissent
les différents atomes qui composent la molécule X).
2
DIA7 :
Cette nouvelle mesure, l’énergie libre G, va nous permettre de définir si une réaction
biochimique est exergonique ou endergonique, c'est-à-dire si elle est spontanée ou
pas.
Soit une réaction biochimique
S↔P
A S et à P sont associées une énergie libre Gs et Gp qui les caractérise.
Si la réaction biochimique implique plusieurs S et plusieurs P, comme par exemple
S1 + S2 ↔ P1 + P2
alors, nous devrons considérer l’énergie libre totale Gs = Gs1 + Gs2 à gauche de la
flèche et l’énergie totale Gp = Gp1 + Gp2 à droite de la flèche. Gs et Gp représentent
donc la somme des énergies libres de chaque molécule à gauche et à droite de la
flèche.
Rapportons les énergies libres Gs et Gp sur un diagramme avec en abscisse R, la
progression de la Réaction biochimique, et en ordonnée G, l’énergie libre. Dans un
premier temps, concentrons nous d’abord sur le début et la fin de la réaction
biochimique, en négligeant la partie centrale.
Gp – Gs, ou ∆G (en Joule/mole), la variation de G entre la fin et le début de la
réaction, nous permet de prédire si la réaction sera exergonique, libèrera de l’énergie
et sera donc spontanée, ou si elle sera endergonique et nécessitera un apport
d’énergie provenant de la cellule pour se produire. Si ∆G = 0, le système est à
l’équilibre et il n’y a ni fourniture ni apport d’énergie et la réaction est réversible.
DIA8 :
La formule de Gibbs nous permet de calculer ∆G à partir de ∆G°’ et des
concentrations de réactifs S et P en début de réaction (i = initial).
∆G°’ est défini comme la variation d’énergie libre dans des conditions standards (°)
ET biochimiques (’), c’est à dire la variation d’énergie libre qui surviendrait dans des
conditions standards biochimiques bien définies, à savoir une pression de 1 atm (’),
une température de 25°C (’), un pH constant de 7(‘), une concentration en H2O et en
Mg constantes (‘) et une concentration initiale de 1 mole/litre (1M) pour chaque
réactif (°).
Dans ces conditions standards adaptées à la réalité biochimique de la cellule, il n’y a
pas de variation du pH (’) qui reste à ~7, et donc [H+] est et reste de 10-7M au cours
de la réaction biochimique. De même, les concentrations en H2O (’) (55,5 M) et Mg (’)
(1mM) ne changent pas au cours de la réaction biochimique dans la cellule. Donc,
par convention, dans les réactions biochimiques (’), si H+, Mg ou H20 sont des
réactifs, on leur attribue la valeur de 1 comme concentrations molaires. Pour tous les
autres réactifs, les conditions standards biochimiques sont de 1mole/l (1M)(°).
Donc, le ∆G de la réaction S ↔ P dépend de la nature des réactifs mis en présence
(∆G°’, premier terme de la somme) et de leurs concentrations initiales réelles (en
début de réaction (t=0), second terme de la somme).
DIA9 :
Comment calculer ∆G°’ ?
On sait que lorsque la réaction est à l’équilibre, ∆G = 0. Le reste est simple…
Il y a donc une relation directe et simple entre la constante d’équilibre biochimique,
K’eq, et ∆G°’ ; donc la seule connaissance de la valeur de la constante d’équilibre
biochimique K’eq permet de prédire si la réaction biochimique est exergonique ou
3
endergonique dans les conditions standards de [S] = [P] = 1M, et donc la spontanéité
de la réaction, c'est-à-dire son sens : de S vers P ou de P vers S.
DIA10 :
Tableau de la relation entre K’eq et ∆G°’. Ce sont deux constantes qui caractérisent
les réactifs. Elles ne dépendent que de la nature des réactifs.
DIA11 :
∆G est une mesure de la distance énergétique qui sépare le système qui se trouve
dans les conditions initiales « i » du même système lorsqu’il est dans la position
d’équilibre. Donc, au fil du temps, lorsque la réaction biochimique progresse, les
concentrations initiales « i » de S et P vont changer jusqu’à atteindre les
concentrations « eq » de l’équilibre chimique. A ce moment là, ∆G = 0 et le système
ne fournit plus d’énergie ni n’en demande.
DIA12 :
C’est ∆G qui au final, dans les conditions cellulaires réelles, détermine le type de
réaction biochimique, sa spontanéité et donc son sens. En effet, dans la situation
réelle de la cellule, les concentrations des réactifs ne sont pas égales à 1M (ou très
rarement…), et donc il faut aussi tenir compte du deuxième terme de la somme qui
contient les concentrations réelles des réactifs au début de la réaction biochimique.
Donc, pour une réaction biochimique particulière, on pourrait avoir un ∆G°’>0 qui
prédit une réaction endergonique dans les conditions standards biochimiques. En
réalité, les concentrations réelles des réactifs dans la cellule sont telles que
finalement ∆G<0 et la réaction est exergonique et spontanée! Pour cela, il suffit que
2,303RTlog10[P]/[S] soit négatif et d’une valeur absolue supérieure à ∆G°’.
DIA13 et 14:
Dans la cellule, de nombreuses réactions biochimiques sont couplées. Lors du
couplage de réactions biochimiques, les ∆G°’ de chaque réaction s’additionnent pour
donner le ∆G°’ total des deux réactions couplées. Si la première est faiblement
endergonique et la suivante fortement exergonique, le couplage donnera une
réaction totale exergonique.
Dans la cellule, les réactions biochimiques endergoniques sont souvent couplées à
l’hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi. Cette réaction d’hydrolyse de l’ATP est fortement
exergonique et libère une quantité d’énergie importante qui est nécessaire pour que
la réaction endergonique couplée se produise. Il est donc extrêmement important
pour la cellule de produire des quantités suffisantes d’ATP…A l’inverse, la réaction
de production d’ATP à partir d’ADP (= réaction fortement endergonique) est couplée
à des réactions fortement exergonique (ex : pyruvate kinase (PEP en pyruvate),
phosphoglycerate kinase (1,3 bisphosphoglycerate en 3 phosphoglycerate) et
créatine kinase (créatine phosphate en créatine)). Les réactions 6 et 7 de la
glycolyse sont aussi un exemple de couplage réactionnel.
DIA15 :
Si on examine maintenant la courbe représentant la valeur de l’énergie libre G tout
au long de la réaction biochimique, on constate qu’entre le début et la fin de la
réaction, G présente un pic de valeur très élevé : c’est l’énergie qui est
obligatoirement requise pour que la réaction progresse de S en P ; elle s’appelle
l’énergie d’activation S-P, ou ∆G*. Cette énergie doit être absorbée par le(s) réactif(s)
4
S pour atteindre un état de transition très instable. Cet état de transition ne
correspond à aucun « intermédiaire réactionnel », il correspond à un état où les
angles et longueurs des liaisons chimiques du substrat sont distordus. Cette énergie
est puisée sous forme de chaleur dans l’environnement dans lequel la réaction a lieu.
La présence d’un enzyme dans le milieu réactionnel a pour conséquence de
fortement diminuer l’énergie d’activation ∆G*, ce qui augmente fortement la vitesse
de la réaction de S vers P. Par contre, l’enzyme n’a aucune influence sur ∆G et ne
modifie donc pas le sens de la réaction !
L’enzyme agit en se liant à cet état de transition, ce qui est fortement exergonique et
diminue d’autant l’énergie d’activation. Cette énergie d’activation est une barrière
énergétique essentielle, puis qu’elle prévient la dégradation spontanée des
macromolécules cellulaires riches en énergie, comme les protéines, les
polysaccharides, les acides nucléiques et les acides gras.
DIA16 :
Les enzymes augmentent fortement la vitesse de réaction : quelques exemples…
Autre exemple :
Saccharose (ou sucrose) + H20 ↔ fructose + glucose
∆G = -29,3 kJ/mole
Malgré un ∆G très négatif qui signe une réaction très exergonique et donc très
spontanée, sans enzyme, on ne trouvera pas de fructose ni de glucose si on met du
saccharose dans un verre d’eau. Par contre, en présence d’enzyme saccharase,
~1000 réactions sont catalysées par seconde. Dans ce cas-ci, sans enzyme, la
vitesse de la réaction est nulle, car l’énergie d’activation ∆G* est très élevée.
DIA17 :
Les voies métaboliques sont finement régulées, afin de permettre la survie, la
différenciation et assurer les fonctions de la cellule. Les métabolites doivent circuler
dans ces voies dans la bonne direction et à la bonne vitesse. Comme chaque
substrat est en fait le produit de la réaction biochimique précédente, si les conditions
métaboliques ne changent pas, la vitesse v1 de la réaction précédente est égale à la
vitesse v2 de la suivante, et la concentration de S reste constante au cours du temps.
Si v1 augmente car plus de réactif A pénètre dans la voie métabolique de manière
transitoire, v2 augmentera aussi, et donc la concentration de S restera constante. Il y
a homéostasie au niveau moléculaire.
Les voies métaboliques doivent aussi pouvoir s’adapter aux changements
physiologiques plus ou moins prolongés ou transitoires (jeûne ou prise de nourriture ;
repos ou exercice physique, variation de la composition alimentaire (riche en
protéines (viande), riche en glucides (sucreries),…).
Elles doivent parfois s’adapter à des changements drastiques et définitifs, comme la
différenciation d’un type cellulaire en un autre (cellules souches de la moëlle osseuse
en globules rouges, par ex).
La régulation du flux de métabolites dans une voie métabolique se fait au niveau de
certains enzymes de cette voie. Deux grands mécanismes de régulation des
enzymes co-existent :
- ceux qui contrôlent le nombre d’enzymes, càd leur expression dans la cellule,
- ceux qui contrôlent l’activité catalytique de l’enzyme.
1. présence ou pas de signaux extracellulaires, comme les hormones (insuline), les
neurotransmetteurs (acétylcholine), les cytokines,... ; activation ou pas de facteurs de
transcription, contrôle de la transcription par les facteurs de transcription, de la
5
stabilité de l’ARNm codant pour l’enzyme, de la vitesse de traduction de cet ARNm,
de la demi-vie de l’enzyme.
2. Séquestration de l’enzyme et de son substrat dans des compartiments différents
(ex : hexokinase intracellulaire et glucose extracellulaire), concentration du substrat
(cf chapitre 7 du cours de BA2 sur les enzymes, Prof. F. Bureau), présence d’un
effecteur allostérique (positif ou négatif) qui agit sur une enzyme allostérique, la
modification covalente de l’enzyme (phosphorylation/déphosphorylation), la présence
et la liaison à des protéines régulatrices.
DIA18 :
La molécule d’ATP est la principale « monnaie énergétique » de la cellule : c’est le
jerrican d’essence, la bonbonne de gaz ou la pile électrique de la cellule. Elle est
produite au cours du catabolisme (Pi + ADP↔ ATP + H2O). La réaction inverse, ATP
+ H2O ↔ ADP + Pi, libère l’énergie nécessaire pour effectuer des « travaux
cellulaires » au cours des réactions anaboliques, comme la synthèse de
macromolécules, le transport actif contre un gradient chimique, la contraction
musculaire,…
DIA19 :
Pourquoi l’hydrolyse de l’ATP en ADP libère-t-il tant d’énergie, de travail ?
(∆G°’= -30,5 kJ/mole). 1. l’hydrolyse de la liaison phosphoanhydride entraîne la
formation d’ADP2- à partir d’ATP4-, ce qui diminue fortement les forces de répulsion
électrostatiques dans l’ADP par rapport à l’ATP, et, de ce fait, l’ADP est donc une
molécule plus stable que l’ATP (càd avec une énergie libre GADP inférieure à celle de
l’ATP (GATP)). 2. De même, le phosphate inorganique Pi est stabilisé sous forme d’un
hybride de résonance, plus stable que le phosphate présent dans l’ATP. 3. Enfin,
l’ADP2- est rapidement ionisé en ADP3- + H+, enrichissant le milieu réactionnel qui est
très pauvre en H+ (pH7, [H+]=10-7M). Comme les produits de la réaction d’hydrolyse
de l’ATP sont très stables, ils sont aussi très pauvres en énergie ; cette énergie a
donc été libérée dans le milieu réactionnel.
DIA20 :
Les concentrations d’ATP, d’ADP et de Pi varient en fonction du type cellulaire, et
donc le ∆G de la réaction d’hydrolyse de l’ATP variera aussi en fonction du type
cellulaire ! Par exemple, dans le globule rouge, le ∆G = -52,5 kJ/mole.
DIA21 :
Dans la cellule, l’ATP4- et l’ADP3- établissent des liaisons électrostatiques avec le
Mg2+ : MgATP2- et MgADP-.
DIA22 :
Nécessité du maintien d’une concentration d’ATP élevée dans la cellule : Si la
concentration d’ATP cellulaire n’est pas maintenue élevée, c'est-à-dire si sa
concentrations chute dans la cellule (ex : sa production n’est plus assurée), la
réaction ATP + H2O ↔ ADP + Pi arrivera tôt ou tard à l’équilibre. Or, à l’équilibre de
toute réaction biochimique, ∆G = 0. Cette réaction ne libère donc plus d’énergie ou
de travail…La cellule a développé des mécanismes élaborés, puissants et très
efficaces pour maintenir la concentration d’ATP élevée dans la cellule en assurant sa
production constante.
6
DIA23 :
Par exemple, lors d’un exercice physique, dans un premier temps, la concentration
d’ATP chute et celle d’ADP augmente dans le cytoplasme de la fibre musculaire (la
contraction musculaire nécessite de l’énergie apportée par l’hydrolyse de l’ATP ).
Des mécanismes cytoplasmiques catalysés par l’adenylate kinase ou la créatine
kinase vont assurer dans ces conditions une production cytoplasmique d’ATP à partir
d’ADP, rétablissant ainsi des concentrations physiologiques de ces deux réactifs.
Si l’effort se prolonge, une production mitochondriale d’ATP se met en place.
Après l’effort, l’ATP généré dans la mitochondrie par phosphorylation oxydative (voir
chapitres suivants) va permettre de rétablir le stock de créatine phosphate
cytoplasmique dans le muscle avant le prochain effort.
DIA24 :
D’autres molécules que l’ATP sont capables de libérer de grandes quantités
d’énergie ou de travail lors de leur hydrolyse. Cependant, tous ces autres composés
sont cinétiquement stables : leur énergie d’activation est extrêmement élevée et la
vitesse de la réaction est donc très faible en l’absence d’enzyme. Par rapport aux
autres composés, l’énergie d’activation de l’ATP est relativement basse.
7
CHAPITRE 2 : LA GLYCOLYSE
DIA1 :
Il est important ici de relire attentivement le chapitre 8 du cours de BA2 du Prof. F.
Bureau sur les Glucides.
Le glucose occupe une position centrale dans le métabolisme de nombreux
organismes. Ceci est, entre autres, la conséquence de la capacité de la cellule à
utiliser le glucose comme source d’énergie (l’énergie libre standard ∆G°’ associée à
l’oxydation complète du glucose en CO2 et H2O est de -2,84 kJ/mole), à pouvoir le
stocker sous forme de polymères (glycogène (cellule animale) ou amidon (cellule
végétale)), à l’utiliser pour la synthèse des nucléotides (via la synthèse de ribose 5phosphate et la voie des pentoses phosphates) et des polysaccharides qui serviront
dans l’élaboration de la matrice extracellulaire et de la paroi cellulaire des bactéries.
DIA2 :
L’équation générale de la glycolyse est présentée. Le processus global est
exergonique. La glycolyse est un processus irréversible. Cette équation peut être
dissociée en deux équations dont l’une est exergonique et l’autre endergonique.
C’est une voie métabolique universelle qui se déroule dans le cytoplasme des
cellules.
Cette voie constitue la seule source d’énergie pour certaines cellules, dont les
globules rouges, les cellules de la médullaire rénale et du cerveau (les neurones)
ainsi que les spermatozoïdes.
Le pyruvate généré lors de ce processus peut être métabolisé en
- lactate en condition anaérobie (fermentation lactique ; contraction musculaire
intense) ou même aérobie (globules rouges et cellules de la rétine) ;
- éthanol (fermentation alcoolique) en condition d’hypoxie ou anaérobie (la levure de
bière)
- propionate (fermentation propionique) en condition anaérobie (bactéries du rumen)
- acétate (fermentation acétique) en condition anaérobie (bactéries du rumen)
- Acétyl Coenzyme A en condition aérobie. Les Acétyl Coenzyme A générés entrent
ensuite dans le cycle de Krebs et ce processus permet par la suite la production
d’ATP dans la mitochondrie.
DIA3 et 4:
Le processus de glycolyse est divisé en 2 phases distinctes : la phase préparatoire,
au cours de laquelle 2ATP sont consommés, et la phase de rendement (ou de
bénéfice), au cours de laquelle 4ATP et 2NADH sont produits (bilan : 2ATP et
2NADH produits). Il se compose de 10 réactions biochimiques qui vont être détaillées.
DIA5 :
Lors de la première étape de la glycolyse, le D-glucose est phosphorylé par une
hexokinase en présence d’ATP et de Mg++. Le troisième et dernier phosphate de
l’ATP est transféré sur le C6 du D-glucose.
Une kinase est une enzyme qui catalyse le transfert du troisième phosphate de l’ATP
sur une molécule acceptrice. Il existe chez l’homme 4 hexokinases (kinase
d’hexoses) : I, II, II et IV ; la IV est aussi appelée glucokinase hépatique.
DIA6 :
Cette deuxième étape est réversible, vu la faible différence d’énergie libre
(∆G°’=1,7kJ/mole)
8
DIA7 :
La troisième étape de la glycolyse est catalysée par la phosphofructokinase de type
1. L’activité catalytique de cette enzyme (une « enzyme allostérique ») subit une
régulation allostérique complexe par l’ATP, l’ADP, l’AMP et, de manière indirecte, par
le ribulose 5-phophate (les « effecteurs allostériques »).
DIA8 :
Cette étape est réversible car aux concentrations physiologiques de réactifs dans le
cytoplasme de la cellule, le ∆G n’est que légèrement positif. Dans le sens de la
formation du fructose 1,6-bisphosphate, c’est une étape clé de la synthèse de
glucose à partir de dérivés à 3 carbones dans le foie et le cortex rénal (la
gluconéogénèse)
DIA9 :
La dernière étape de la phase préparatoire est l’isomérisation réversible du
dihydroxyacétonephosphate en glycéraldéhyde 3-phosphate.
DIA10 :
La première étape de la phase de rendement est l’oxydation et la phosphorylation du
glycéraldéhyde 3-phosphate en 1-3 bisphosphoglycerate. Cette étape est
particulièrement complexe et nécessite du NAD+ (ou Coenzyme I), la forme oxydée
du Nicotinamide Adénine Dinucléotide. La concentration de NAD+ dans le
cytoplasme de la cellule étant particulièrement faible (<10-5M), il est impérieux pour
que la glycolyse soit entretenue que le NADH produit au cours de cette réaction soit
continuellement réoxydé en NAD+.
DIA11 :
Le site catalytique de l’enzyme glycéraldéhyde 3-phosphate déhydrogénase contient
une cystéine qui, en présence de NAD+, est à l’état de thiolate (S-) beaucoup plus
réactif que le SH. Un lien covalent thiohemiacétal se forme entre le substrat et le site
catalytique de l’enzyme. L’intermédiaire est ensuite oxydé par le NAD+ qui forme du
NADH qui quitte le site catalytique de l’enzyme et est remplacé par le NAD+ suivant.
Le lien covalent thioester qui unit l’enzyme à l’intermédiaire réactionnel est ensuite
attaqué par un phosphate inorganique et génère le produit final ainsi que l’enzyme
sous sa forme initiale. Nous allons revenir ultérieurement sur le NAD+, ce coenzyme
d’oxydo-réduction.
DIA12 :
L’enzyme phosphoglycerate kinase transfère le phosphate du 1,3bisphosphoglycerate à l’ADP, générant le 3-phosphoglycerate et une molécule d’ATP.
Le nom de l’enzyme correspond en fait à la réaction inverse où le 3phosphoglycerate est phosphorylé en 1,3-bisphosphoglycerate en présence d’ATP.
Cette réaction inverse se produit au cours de la gluconéogénèse.
DIA13
La phosphoglycerate mutase convertit le 3-phosphoglycerate en 2-phosphoglycerate
en présence de Mg++.
DIA14:
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L’énolase catalyse la formation d’une molécule d’H20 et de PEP
(phosphoenolpyruvate).
DIA15 :
La dernière étape de la glycolyse consiste en un transfert du groupement phosphate
du PEP sur l’ADP, générant de l’ATP et de l’enol pyruvate. Cette réaction est
catalysée par la pyruvate kinase.
Le produit de la réaction, l’enol pyruvate passe rapidement et spontanément (en
l’absence de toute enzyme = tautomérisation) à l’autre isomère du pyruvate, le céto
pyruvate, une forme plus stable de pyruvate. Cette stabilisation du pyruvate sous sa
forme céto contribue fortement au ∆G°’ très négatif de la réaction :
PEP + H20 → pyruvate + Pi
∆G°’= -61,9kJ/mole
ADP + Pi → ATP + H2O
∆G°’= +30,5kJ/mole
PEP + ADP → pyruvate + ATP
∆G°’= -31,4kJ/mole
DIA16 :
L’équation générale (càd le bilan) de la glycolyse avant et après simplification.
DIA17 :
Le Nicotinamide Adénine Dinucléotide est composé de deux nucléotides liés par
leurs groupes phosphates. Un des nucléotides contient, en plus du ribose et du
phosphate, une adénine ancrée au C1’ du ribose, l’autre contient un nicotinamide.
Ce dinucléotide est hydrosoluble.
La partie nicotinamide du dinucléotide dérive d’une vitamine hydrosoluble, la niacine
(ou vitamine PP ou vitamine B3 ou acide nicotinique)
Le couple NAD+/NADH (ou Coenzyme I) est un coenzyme impliqué dans le transfert
d’électrons au cours de réactions d’oxydation (= de déshydrogénation) catalysées
par des déhydrogénases (cf Gly-6):
NAD+ + 2e- + 2H+ → NADH + H+
La forme oxydée NAD+ est donc un accepteur de 2 électrons et d’un proton (formant
ensembles un « ion hydrure ») d’un substrat S qui subit une oxydation (ou
déshydrogénation) sous l’action d’une déhydrogénase
La forme réduite NADH est un donneur d’ion hydrure.
Le second proton retiré du substrat S en cours d’oxydation est libéré dans le milieu
réactionnel.
La concentration de NAD+/NADH dans la cellule est très faible (10-5M), et le
coenzyme est préférentiellement sous sa forme oxydée NAD+.
Il est essentiel que le NAD+ soit régénéré à partir du NADH vu sa faible concentration
cellulaire et son importance dans la glycolyse qui ne peut s’arrêter par manque de
NAD+.
L’homologue phosphorylé NADP+/NADPH est un coenzyme impliqué dans le
transfert d’électrons au cours des réactions de réduction :
NADPH + H+ → NADP+ + 2e- + 2H+
C’est donc un donneur d’ion hydrure au substrat S en cours de réduction. Sa
concentration cellulaire est de 10-6M.
DIA18 :
Image du site catalytique de l’enzyme lactate déhydrogénase (LDH) : on y voit le
coenzyme NAD+. Ce coenzyme n’est pas lié de manière covalente à l’enzyme.
10
DIA19 :
Le nicotinamide dérive d’une vitamine, la niacine (ou vitamine PP (pour Pellagre
Preventive (« qui prévient le pellagre ») ou acide nicotinique, car sa synthèse en
laboratoire se fait à partir de la nicotine).
La synthèse de cette vitamine in vivo à partir du tryptophane est insuffisante pour
assurer les besoins chez l’homme et les animaux, surtout lors de régimes pauvres en
tryptophane, comme l’alimentation riche en maïs.
Le déficit en niacine cause le « pellagre » chez l’homme et la maladie de la langue
noire chez le chien, deux maladies caractérisées par 3D : Diarrhée, Dermatite et
Démence.
Il semble que cette vitamine et le coenzyme I qui en dérive soient particulièrement
importants dans les épithélia de la peau et de l’intestin, ainsi que dans le cerveau où
la glycolyse est cruciale pour l’apport d’énergie.
Cette maladie affecte toutes les déhydrogénases qui utilisent le NAD+ ou le NADP+
comme coenzyme.
L’addition de niacine dans l’alimentation soigne les deux maladies. Une exception
cependant : les alcooliques ; dans ce dernier cas, on observe une réduction de
l’absorption intestinale de la niacine et les besoins en vitamine de l’organisme ne
sont plus couverts. De plus, l’alcool, qui est virtuellement dépourvu de vitamines,
constitue chez certains alcooliques la principale source de calories…
DIA20 :
Le pyruvate généré au cours de la glycolyse peut être métabolisé de différentes
manières, selon la présence (condition aérobie) ou la pauvreté/l’absence
(hypoxie/condition anaérobie) d’oxygène dans le milieu réactionnel.
Dans le premier cas, nous verrons ultérieurement que le pyruvate est oxydé en
acétyl-Coenzyme A qui pénètre dans le cycle de Krebs et est dégradé en CO2 et
H2O.
Le NADH généré au cours de la glycolyse est oxydé en NAD+ par transfert des
électrons à l’O2 dans la mitochondrie (voir chapitre phosphorylation oxydative). Le
NAD+ régénéré permet à la glycolyse de se poursuivre.
Dans les conditions d’hypoxie ou anaérobie, le processus de fermentation se met en
place pour régénérer le NAD+ à partir du NADH sans impliquer l’oxygène ni la
mitochondrie. Deux types de fermentation sont abordées ici : la fermentation lactique
et la fermentation alcoolique. Dans les deux cas, le processus permet de régénérer
du NAD+ à partir du NADH sans oxygène et donc à la glycolyse de se poursuivre.
DIA21 :
Au cours de la fermentation lactique, le pyruvate généré lors de la glycolyse est
réduit en lactate par la lactate dehydrogénase (LDH). En même temps, le NADH est
oxydé en NAD+ ; la glycolyse peut se poursuivre…
DIA22 :
Au cours d’un effort musculaire intense, la quantité d’oxygène délivrée aux muscles
n’est pas suffisante et la fermentation lactique se met en place rapidement, avec un
beaucoup moins bon rendement énergétique : seuls 2 ATP sont produits par
molécule de glucose oxydée. Les molécules de glucose consommées au cours de ce
type d’effort proviennent essentiellement du glycogène musculaire (stock cellulaire
de glucose).
11
L’acide lactique produit au niveau du muscle est évacué via le sang, où il s’ionise en
lactate + H+, et contribue à la chute du pH sanguin (acidose métabolique) qui limite
donc la durée de l’effort dans ces conditions. Le lactate sanguin est pris en charge
par le foie après l’effort où il servira à produire de nouvelles molécules de glucose
(gluconéogénèse) et régénérer le stock de glycogène musculaire.
La dette en oxygène est la quantité d’oxygène qui est consommée par l’organisme
après l’effort pendant la phase de récupération pour produire du glucose à partir du
lactate (gluconéogénèse hépatique qui nécessite de l’ATP) et reconstituer le stock
musculaire de glycogène.
Chez le crocodile, la concentration en lactate lors d’une attaque atteint des niveaux
extrêmement élevés et la période de repos après un tel effort est très longue
(rétablissement d’un pH sanguin dans des valeurs normales, production de glucose à
partir du lactate pour rétablir le stock de glycogène musculaire).
Le cycle de réactions qui convertit le glucose en lactate dans le muscle et le lactate
en glucose dans le foie s’appelle le cycle de Cori.
Il n’y a pas de mitochondrie dans les hématies (ou globules rouges). Donc pas de
possibilité de transférer les électrons du NADH à l’O2. Le globule rouge utilise donc
la voie de la fermentation lactique pour produire ses molécules d’ATP.
Au sein des tumeurs, la vascularisation est souvent insuffisante pour amener les
grandes quantités d’O2 nécessaires à la division des cellules tumorales, du moins au
début du processus tumoral. Les cellules tumorales sont donc dans des conditions
d’hypoxie chronique qui activent le processus de glycolyse et de fermentation
lactique (effet Warburg). Vu le faible rendement énergétique de la fermentation
lactique (2ATP/glucose) par rapport aux conditions aérobies (30-32ATP/glucose), le
transport de glucose du sang vers la cellule tumorale et la glycolyse sont augmentés
d’un rapport 10 dans ces cellules.
DIA23 :
La cellule tumorale produit et exprime à sa surface plus de transporteur GLUT1 et
GLUT3 du glucose et produit plus d’enzymes de la glycolyse dans le cytoplasme,
ceci sous l’action d’un facteur de transcription qui est induit par l’hypoxie : le HIF
(hypoxia-inducible transcription factor). L’augmentation du transport de glucose et de
la glycolyse dans les cellules des tumeurs (= effet Warburg) est mise à profit pour les
détecter.
Un analogue du glucose marqué à l’isotope F18 sur le C2 du glucose est injecté au
patient : le F182-fluoro 2-deoxyglucose (FdG). Cet analogue est transporté par les
GLUT dans les cellules puis phosphorylé par les hexokinases. Ce composé, une fois
phosphorylé, ne peut pas être métabolisé plus, et s’accumule donc sous forme de 6phospho-FdG dans les cellules. Ce composé émet des positrons (ou anti-électron)
qui sont détectés par des détecteurs placés autour du patient (Tomographie par
Emission de Positrons (Positron Emission Tomography, ou PET scan).
Positron : particule de masse et de spin identiques à l’électron, mais de charge
opposée (= anti-électron). Dans la matière, la rencontre d’un positron avec un
électron entraîne l’émission d’énergie sous forme de 2 photons gamma.
CT Scan : Tomographie Computérisée (Computed Tomography) utilisant les rayons
X classiques.
Masse atomique du F : 19.
DIA24 :
12
Dans certains microorganismes comme la levure, le pyruvate est métabolisé en
ethanol et CO2 en 2 étapes. La seconde étape permet de régénérer le NAD + à partir
du NADH et à la glycolyse de se poursuivre.
La levure du boulanger et du brasseur est la Saccharomyces Cerevisiae qui exprime
donc la pyruvate decarboxylase. Le processus de fermentation alcoolique génère du
CO2 : les bulles du champagne et la levée de la pâte.
Les cellules des vertébrés n’expriment pas la pyruvate decarboxylase mais bien
l’enzyme qui catalyse la seconde étape : l’alcool deshydrogénase. Dans le foie, cette
enzyme catalyse l’oxydation de l’ethanol et génère de l’acetaldehyde et du NADH
(réaction inverse à celle montrée sur la dia).
DIA25 :
La TPP (ou thiamine pyrophosphate) est un coenzyme dérivé de la thiamine, ou
vitamine B1. La thiamine pyrophosphate est obtenue par remplacement de la
fonction hydroxyle OH du C de la thiamine par un pyrophosphate. La vitamine B1 est
inactive et doit être transformée en TPP par ajout d’un pyrophosphate pour l’être. La
vitamine B1 est hydrosoluble et dénaturée à 100°C. Elle n’est pas synthétisée par
l’organisme et doit être trouvée en quantité suffisante dans l’alimentation.
Ce coenzyme intervient dans des réactions enzymatiques où un lien covalent entre
2C est clivé. Quelques exemples d’enzymes où ce cofacteur joue un rôle sont
donnés.
DIA26 :
Les pathologies associées à une carence en vitamine B1 sont :
- le béri béri (« je ne peux pas, je ne peux pas » en cinghalais, Sri Lanka) : asthénie
très importante, amaigrissement, insuffisance cardiaque et troubles neurologiques
comme paresthésies, hypoesthésie, amyotrophie, hyporéflexie, irritabilité, troubles de
la mémoire et de la concentration.
Le passage d’une alimentation basée sur le riz rouge, riche en vitamine B1, à une
alimentation basée sur le riz blanc, dépourvu de vitamine B1, a entraîné l’apparition
de carence et de cas de béri béri. En effet, le polissage industriel des grains de riz
entraîne la perte du péricarpe qui contient la vitamine B1.
- alcoolisme (pas de vitamines dans l’alcool !), nutrition parentérale exclusive, la
présence de thiaminase dans certains aliments (certains poissons mangés crus).
Dans les cas graves d’alcoolisme, une encéphalopathie peut apparaître :
l’encéphalopathie de Wernicke (confusion, troubles de la vision, coma). Elle est
souvent associée à la psychose de Korsakoff (le patient invente des histoires pour
masquer ses troubles de la mémoire) dans le syndrome de Wernicke-Korsakoff. Le
traitement de l’alcoolique chronique désorienté ou aggressif aux urgences comprend
l’injection de 100mg de vitamine B1 en intramusculaire.
En cas de suspicion d’alcoolisme chronique et de syndrome de W-K, le diagnostic
s’établit après avoir testé l’ethanol, la vitamine B1, le pyruvate (cycle de Krebs) et
l’activité transcétolase (voie des pentoses phosphates) dans le sang.
13
CHAPITRE 3 :GLUCONEOGENESE :
DIA1 :
Il est important de relire attentivement le chapitre 8 du cours de BA2 du Prof. F.
Bureau sur les glucides.
Après de simples réactions, différents substrats peuvent rentrer dans la phase
préparatoire de la voie métabolique de la glycolyse :
les polysaccharides alimentaires (amidon et glycogène, polymères de glucose) et
endogène (glycogène hépatique et musculaire), les disaccharides et les
monosaccharides.
- Les α-amylases salivaires et pancréatiques hydrolysent les liaisons α1→4 qui
unissent les monomères de D-glucose dans l’amidon et le glycogène, générant des
oligo et disaccharides.
Les liaisons α1→4 et α1→6 du maltose et de la dextrine sont respectivement
hydrolysées par la maltase et la dextrinase, des disaccharidases portées par
l’épithélium en brosse de la cellule intestinale, en 2 molécules de D-glucose. Celui-ci
traverse la paroi intestinale et est déversé dans la circulation sanguine.
- Le glycogène endogène du foie et du muscle est mobilisé par une réaction
phosphorolytique (pas par une hydrolyse…) en présence de phosphate inorganique,
de glycogène phosphorylase (liaisons α1→4) et d’enzyme débranchant (liaisons
α1→6). Une mutase assure ensuite le transfert du phosphate du C1 au C6 du Dglucose. Le glucose 6-P ainsi généré rentre soit dans la voie de la glycolyse, soit
dans celle des pentoses phosphates.
- Les disaccharides alimentaires sont hydrolysés par des disaccharidases portées
par la bordure en brosse de l’épithélium intestinal.
Dextrine + nH20 → nD-glucose (dextrinase)
Maltose + H20 → 2D-glucose (maltase)
Lactose + H20 → D-galactose + D-glucose (lactase)
Sucrose (ou saccharose) + H20 → D-fructose + D-glucose (sucrase ou saccharase)
Trehalose + H20 → 2D-glucose (trehalase)
Le trehalose est un disaccharide de glucose où les deux molécules sont unies par
une liaison 1,1alpha glycosidique très stable. Le trehalose est utilisé par l’industrie
agroalimentaire (boissons énergisantes) et pharmaceutique.
- Les monosaccharides générés sont transportés au travers de l’épithélium intestinal
et aboutissent dans la circulation sanguine.
L’intolérance au lactose (càd aux produits laitiers en général) est due à la disparition
progressive et parfois totale de la lactase de la bordure en brosse des cellules
intestinales chez certaines populations à l’âge adulte. Le lactose non digéré passe
alors dans le gros intestin et est en partie métabolisé par les bactéries en produits
toxiques responsables des crampes et douleurs intestinales. Le lactose non digéré et
ses métabolites toxiques augmentent l’osmolarité du contenu intestinal, favorisant la
rétention d’eau dans l’intestin et la diarrhée qui accompagne cette forme
d’intolérance
DIA2 :
Le fructose, présent tel quel dans les fruits ou résultat de l’hydrolyse du sucrose, est
transformé différemment selon le type de tissu : muscle et rein versus foie. Les
molécules rouges sont celles qui pénètrent dans la voie de la glycolyse.
DIA3 :
Le D-galactose, généré dans l’intestin par l’action de la lactase, passe dans la
14
circulation sanguine et est capté par le foie. Dans cet organe, le galactose est
phosphorylé en galactose 1-P par la galactokinase. Ce galactose 1-P est ensuite
métabolisé en glucose 1-P en présence d’une transférase et d’Uridine DiPhosphateglucose (UDP-glucose) qui fonctionne comme une sorte de coenzyme de la réaction.
L’UDP-glucose métabolisé en UDP-galactose lors de cette réaction est régénéré en
deux réactions impliquant l’UDP-glucose 4-épimérase et le cofacteur NAD+ comme
agent d’oxydo-réduction.
NB : erreur sur la figure : lors de la seconde réaction de l’épimérase, c’est le NADH
qui fournit deux électrons et un proton au substrat, et pas le NAD+.
Le glucose 1-P est métabolisé en glucose 6-P sous l’action de la
phosphoglucomutase ; le glucose 6-P est un des métabolites de la phase préparative
de la glycolyse.
Le déficit d’un de ces 3 enzymes du métabolisme du galactose chez l’homme
provoque la galactosémie, une maladie métabolique caractérisée par une
augmentation de la concentration de galactose sanguin. Dans ce cas, le galactose
est métabolisé en galactitol qui se dépose dans le cristallin et cause une cataracte
sévère. Dans les formes sévères de la maladie, on observe aussi un retard mental,
une croissance réduite et des altérations hépatiques. La présence de galactose dans
l’alimentation de ces patients doit être strictement limitée...
DIA4 :
Le mannose d’origine alimentaire (fruits, légumes) est phosphorylé en mannose 6-P
par une hexokinase, puis isomérisé en fructose 6-P qui s’engage dans la voie de la
glycolyse.
DIA5 :
Résumé des voies d’entrée des poly-, di- et mono-saccharides dans la phase
préparative de la voie de la glycolyse (en rouge).
NB : Starch = amidon
DIA6 :
la néoglucogénèse, ou gluconéogénèse, est une voie métabolique qui permet de
synthétiser du glucose à partir de différents précurseurs à 3, 4 ou 5 C. Ces
précurseurs sont le lactate, le pyruvate, le glycerol et certains acides aminés.
Cette voie est présente et active dans le foie, le cortex du rein et l’intestin grêle.
Elle permet de maintenir une concentration stable en glucose dans le sang (glycémie
stable) dans des conditions de jeûne (pas d’apport d’aliment et stocks de glycogène
hépatique et musculaire épuisés après 24 heures) ou après un exercice physique
intense (stocks de glycogène épuisés).
Dans le cas du jeûne prolongé, les précurseurs du glucose sont les acides aminés
dérivés des protéines musculaires et le glycérol dérivé des triacylglycérols.
Les acides gras dérivés des triacylglycérols ne participent pas à la gluconéogénèse.
Dans le cas de l’exercice physique, le précurseur principal est le lactate généré par la
glycolyse suivie de la fermentation lactique dans le muscle. Du lactate est aussi
continuellement produit par la glycolyse et la fermentation lactique dans les globules
rouges (qui sont dépourvus de mitochondries) et est déversé dans le sang, puis
récupéré par le foie.
Certains tissus ou organes sont en effet (presque) totalement dépendants du glucose
sanguin comme seule source d’énergie : cerveau, globule rouge, testicule, médullaire
du rein et la plupart des tissus pendant la vie embryonnaire.
15
Le cerveau consomme 120g de glucose par jour, soit plus de 50% du glucose stocké
sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, soit ~75% de la consommation
totale de glucose par l’organisme en 24 heures.
Un chapitre spécial sera consacré à la gluconéogénèse hépatique chez les
ruminants. Ce chapitre-ci est donc spécifique des animaux monogastriques…
DIA7 :
La néoglucogénèse partage 7 des 10 réactions biochimiques de la glycolyse. Ce
sont les réactions réversibles, avec ∆G proche de 0 dans les conditions cellulaires
réelles. Pour les 3 réactions irréversibles (avec ∆G fortement négatif), les deux voies
métaboliques utilisent des enzymes différents et parfois dans des compartiments
cellulaires différents ; les deux voies sont donc irréversibles. Elles prennent place
essentiellement dans le cytoplasme. Elles sont finement régulées pour ne pas être
actives en même temps (voir plus loin).
DIA8 et 9:
Selon que le précurseur de la néoglucogénèse est le pyruvate (à gauche sur la figure)
ou le lactate (produit par les globules rouges ou lors d’efforts musculaires intenses, à
droite sur la figure), le chemin réactionnel pour produire le PEP est légèrement
différent. Les deux voies passent cependant par la mitochondrie lors de la première
réaction.
1. Le pyruvate cytosolique est transporté dans la mitochondrie ; il peut aussi être
produit par transamination de l’alanine dans la mitochondrie. L’alanine provient du
catabolisme des protéines musculaires en cas de jeûne.
Le pyruvate est ensuite converti en oxaloacetate par la pyruvate carboxylase
mitochondriale en présence de HCO3-, d’ATP et de biotine qui sert de coenzyme :
Pyruvate + ATP + HCO3- → oxaloacetate + ADP + Pi
La pyruvate carboxylase mitochondriale DOIT être stimulée par l’Acétyl-CoA, son
effecteur allostérique positif, pour être active ; sans lui, l’enzyme est inactif. L’acétylCoA provient de l’oxydation des acides gras, ce qui signifie que ces acides gras
servent de source d’énergie à ce moment et que la cellule hépatique peut passer de
la glycolyse à la gluconéogénèse.
Comme la mitochondrie ne possède pas de transporteur d’oxaloacétate, ce dernier
est réduit en malate par la malate deshydrogénase mitochondriale en présence de
NADH + H+ :
Oxaloacétate + NADH + H+ ↔ malate + NAD+
∆G~0 kJ/mole
Le malate quitte alors la mitochondrie par un transporteur spécifique. Il est reoxydé
en oxaloacétate dans le cytoplasme par la malate deshydrogenase cytosolique avec
production de NADH + H+ cytosolique (ce qui est essentiel pour la suite de la
gluconéogénèse, voir ci-dessous) :
Malate + NAD+ → oxaloacetate + NADH + H+
L’oxaloacetate cytosolique est finalement converti en PEP par la PEP carboxykinase
en présence de GTP :
Oxaloacétate + GTP ↔ PEP + GDP + CO2
Le bilan de ces 4 réactions est donc :
Pyruvate + ATP + HCO3- + GTP → PEP + ADP + Pi + GDP + CO2
La nécessité de passer par la mitochondrie pour effectuer ces réactions est liée au
fait que la pyruvate carboxylase est une enzyme mitochondriale et que la matrice
mitochondriale est riche en NADH. Ce passage mitochondrial permet donc
16
« d’exporter » un NADH de la matrice mitochondriale vers le cytoplasme, pauvre en
NADH, ce qui permet l’entretien de la gluconéogenèse (voir ci-dessous).
De plus, la voie de la gluconéogénèse « emprunte » dans la mitochondrie un ou
plusieurs intermédiaires métaboliques du cycle de Krebs (oxaloacétate et malate,
voir plus loin : cycle de Krebs).
Lorsque le pyruvate est le précurseur dans la gluconéogénèse, une molécule de
NADH est produite dans le cytoplasme. Ceci est essentiel car elle sera consommée
au cours d’une des réactions suivantes de la gluconéogénèse. Une molécule de
NADH est bien sûr consommée dans la mitochondrie, mais la concentration de
NADH dans la mitochondrie est beaucoup plus grande que dans le cytoplasme et
ceci n’a pas d’effet sur les réactions biochimiques mitochondriales.
2. Lorsque le lactate est le précurseur de la gluconéogénèse, la conversion du
lactate en pyruvate dans le cytoplasme entraîne la formation d’un NADH
cytoplasmique essentiel pour l’entretien de la gluconéogénèse. Lorsqu’ensuite le
pyruvate pénètre dans la mitochondrie et est métabolisé en oxaloacétate, il n’y a plus
de nécessité de consommer un NADH mitochondrial pour pouvoir le produire par
après dans le cytoplasme. De ce fait, l’oxaloacétate est directement métabolisé en
PEP dans la mitochondrie par la PEP carboxykinase mitochondriale. Le PEP produit
dans la mitochondrie passe ensuite dans le cytoplasme.
DIA10 :
Les deux autres étapes irréversibles de la gluconéogénèse sont décrites. La
première a lieu dans le cytoplasme et génère du fructose 6-P. La seconde procède
dans la lumière du réticulum endoplasmique, où se trouve l’enzyme glucose 6phosphatase qui produit le glucose qui sera déversé dans la circulation sanguine
vers les muscles, les globules rouges et le cerveau, notamment.
DIA11 :
Le bilan de la gluconéogénèse à partir du pyruvate est présenté. Pour chaque
molécule de glucose produite à partir de deux pyruvates, il faut hydrolyser 4 ATP et 2
GTP riches en énergie. Deux molécules de NADH sont également nécessaires…
C’est le prix à payer pour assurer la stabilité de la glycémie pendant le jeûne et
l’apport d’énergie aux globules rouges et au cerveau dans cette condition…Le
processus métabolique de la gluconéogénèse est irréversible, vu le ∆G négatif, tout
comme l’est la glycolyse.
DIA12 :
Les acides aminés sont catabolisés en pyruvate ou dans un des intermédiaires
métaboliques du cycle de Krebs (oxaloacétate, fumarate, succinyl-CoA et αcetoglutarate ; voir plus loin : cycle de Krebs). L’oxaloacétate sert à la fois
d’intermédiaire métabolique dans la gluconéogénèse à partir du pyruvate et du
lactate (voir plus haut) et dans le cycle de Krebs. C’est donc un point de
contact/transit important entre le cycle de Krebs et la gluconéogénèse dans la
mitochondrie. Les acides aminés alanine et glutamine sont les plus glucogéniques ;
ils proviennent des tissus extrahépatiques (ex : muscles), sont captés par le foie et
subissent un processus catabolique dans les mitochondries hépatiques.
DIA13 :
17
Le glycerol, produit du catabolisme des triacylglycérols (ou triglycérides), peut
participer à la gluconéogénèse en étant phosphorylé par la glycérol kinase en
glycérol 3-P en présence d’ATP. Le glycérol 3-P est ensuite oxydé en
dihydroxyacétone phosphate, un intermédiaire métabolique de la gluconéogénèse,
en présence de NAD+, par la glycérol 3-P dehydrogénase. L’autre produit du
catabolisme des triacylglycérols, les acides gras, ne participent pas à la
gluconéogénèse chez les mammifères : ils peuvent être métabolisés jusqu’à l’acétylCoA, mais pas plus loin en pyruvate. En effet, il n’existe pas chez les mammifères
d’enzyme catalysant la réaction de formation du pyruvate à partir de l’acétyl-CoA…
DIA14 :
La biotine (ou vitamine B8) est une vitamine hydrosoluble qui joue un rôle clé dans
les réactions de carboxylation : c’est un transporteur de CO2 activé qui est lié de
manière covalente à l’enzyme (enzyme biotinylé) sur une lysine du site actif et qui
assure le transfert de ce CO2 activé d’un site catalytique à l’autre de l’enzyme (ex :
pyruvate carboxylase). Sur le premier site, l’ion bicarbonate et la biotine sont
convertis en carboxybiotine en présence d’ATP. Le bras de la biotine passe alors du
site catalytique 1 au site catalytique 2 grâce à sa flexibilité. Au niveau de ce second
site catalytique, le CO2 est libéré et le pyruvate est carboxylé en oxaloacétate,
régénérant l’enzyme biotinylé.
La biotine est présente dans de nombreux aliments et est synthétisée par la flore
bactérienne (ex : panse des ruminants). La carence en biotine est rare.
Les blancs d’œufs contiennent de l’avidine, une protéine qui lie la biotine avec une
grande affinité et qui prévient son absorption intestinale. Cette association est à la
base de marquage de cellules ou de tissus à l’aide d’anticorps couplés de manière
covalente à la biotine et révélés à l’aide de l’avidine couplée elle-même à un
fluorochrome ou une enzyme (ex : FITC (Fluorescent IsoThioCyanate) ou
phosphatase alcaline).
DIA15 :
Dans la plupart des tissus, la voie catabolique principale au départ du glucose 6-P
est la glycolyse qui mène au pyruvate, à l’acétyl-CoA, au cycle de Krebs et à la
production d’ATP. Il existe aussi dans les cellules qui se divisent abondamment
(cellules hématopoïétiques, peau, muqueuse intestinale, tumeur,..) une autre voie
catabolique importante au départ du glucose 6-P: la voie du pentose phosphate.
Cette voie qui se déroule entièrement dans le cytoplasme permet à la cellule de
produire des nucléotides, précurseurs de l’ARN, de l’ADN et des coenzymes
nucléotidiques.
Dans d’autres tissus, cette voie permet aussi de produire du NADPH à partir du
NADP+. Nous verrons plus loin que le NADPH est essentiel pour la synthèse des
acides gras (foie, tissu adipeux et glande mammaire au cours de la lactation) et des
stérols (cholestérol et stéroïdes : foie, glande surrénale et gonades), ainsi que pour
contrer les effets cellulaires néfastes des radicaux libres de l’oxygène (le radical
superoxide et le radical hydroxyl qui causent des dégats oxydatifs aux protéines, aux
lipides et aux nucléotides notamment dans les globules rouges, le cristallin et la
cornée qui sont en contact direct avec l’O2 et ses radicaux libres). Dans ces cellules,
un cycle s’installe qui permet de produire de grandes quantités de NADPH : 6
molécules de ribulose 5-P produites sont recyclée en 5 molécules de glucose 6-P qui
réintègre la voie pour produire d’avantage de NADPH.
18
DIA16 :
Le glutathion est un tripeptide formé par la condensation de 3 acides aminés : l’acide
glutamique, la cystéine et la glycine. Il contient donc une fonction thiol SH (celle de la
cystéine) qui lui permet de transférer un proton et un électron sur le peroxyde
d’hydrogène pour former de l’H20. Ainsi, le glutathion sous sa forme réduite (GSH)
protège les composants protéiques, nucléiques et lipidiques des cellules en
transformant le peroxyde d’hydrogène et en prévenant la formation du radical libre
hydroxyl. Ce faisant, il s’oxyde en GS-SG où deux glutathions sous forme oxydée
sont unis par un pont disulfure. La forme oxydée GS-SG doit être réduite par le
donneur d’ion hydrure NADPH et la glutathion réductase afin de régénérer deux GSH.
Certains agents physiques (radiations ionisantes) ou chimiques (les antibiotiques de
la classe des sulfamidés, des herbicides, la primaquine (un antimalarique) ou la
divicine (présente dans certains haricots) génèrent de grandes quantités de radicaux
libres de l’oxygène dans la cellule.
En cas de déficit total en G6PD et d’ingestion de grandes quantités de
haricots/divicine, la membrane des globules rouges est oxydée car le mécanisme de
protection par le NADPH et le glutathion est fortement diminué. Une hémolyse qui
peut être fatale s’en suit (favisme). En l’absence d’agents oxydants, les personnes
affectées par ce déficit enzymatique sont généralement asymptomatiques. Elles sont
mêmes plus résistantes au plasmodium falciparum, l’agent de la malaria, car ce
parasite ne résiste pas aux conditions plus oxydantes des globules rouges des
personnes déficientes en G6PD.
DIA17 :
La première étape de la voie est une oxydation du glucose 6-P. Le NADP+ joue le
rôle d’accepteur d’électrons. Ensuite, une hydrolyse, une oxydation-décarboxylation
en ribulose 5-P, très important régulateur de la glycolyse et de la gluconéogénèse
(voir plus loin) surviennent.
L’équation finale pour cette voie est donc :
Glucose 6-P + 2NADP+ + H2O → ribose 5-P + CO2 + 2NADPH + 2H+
DIA18 :
Dans les tissus où la synthèse de NADPH est primordiale, la phase non oxydative
permet de régénérer 5 molécules de glucose 6-P à partir de 6 molécules de pentose
5-P. Au bout de 5 cycles, une molécule de glucose 6-P est donc convertie en 12
NADPH et en 6 CO2. Les réactions de transfert d’unités à 2 carbones d’une molécule
à l’autre sont catalysées par la transcétolase ; celles d’unités à 3 carbones par la
transaldolase. La transcétolase nécessite de la thiamine pyrophosphate comme
coenzyme. Dans la phase non oxydative, toutes les réactions sont réversibles.
DIA19 :
L’entrée du glucose 6-P dans la voie du pentose phosphate dépend de la
concentration de NADP+ et de NADPH.
Concentrations en NADP+ basse, concentration en NADPH élevée favorisent la
glycolyse en inhibant la G6PD.
Concentrations en NADP+ élevée et en NADPH basse (synthèse d’acides gras qui
consomme le NADPH, par exemple) stimulent la G6PD.
19
CHAPITRE 4 : REGULATION ET GLYCOGENE
DIA1 :
Il est nécessaire à ce stade d’avoir relu les chapitres 6 et 7 du cours de Biochimie de
BA2 du Professeur F. Bureau.
Quelles sont les réactions biochimiques qui sont régulées dans une voie métabolique,
ou dans un « couple » de voies métaboliques « contraires », comme le sont la
glycolyse et la gluconéogénèse ? Quels sont les buts de cette régulation ?
Dans ces voies métaboliques, il existe
- des réactions réversibles, dont le rapport des concentrations des produits et
des substrats est proche de celle de l’équilibre biochimique défini par K’eq, qui
ont donc un ∆G proche de 0, et où la valeur des vitesses des réactions « A
vers B » et « B vers A » est presque la même, et qui sont catalysées par une
seule enzyme dans les voies métaboliques « contraires » ;
- des réactions irréversibles, spontanées, dont le rapport des concentrations
des des produits et des substrats est loin de l’équilibre biochimique défini par
K’eq, dont le ∆G est très inférieur à 0 (réaction exergonique), où la valeur des
vitesses des réactions de « B vers C » et de « C vers B » est très différente, et
qui sont catalysées par deux enzymes différents dans les voies métaboliques
« contraires ».
Ce sont ces dernières qui font l’objet de régulations, car la cellule ne peut permettre
que les concentrations de leurs réactifs atteignent l’équilibre chimique (ex : ATP +
H2O → ADP + Pi, si équilibre, ∆G=0 !!). Ce sont aussi celles qui consomment de
l’énergie (ATP) qu’il faut particulièrement réguler.
DIA2 :
Les buts de ces régulations sont multiples :
- maximiser l’efficacité d’utilisation de l’énergie (ne pas faire fonctionner deux
voies opposées en même temps)
- répartir correctement les métabolites entre les voies
- choisir correctement la source d’énergie (glucose, glycogène, acides gras,
acides aminés)
- réduire l’activité d’une voie anabolique qui mène à la synthèse d’un produit
lorsque le produit s’accumule dans la cellule.
DIA3 :
La glycolyse et la gluconéogénèse sont régulées au niveau de leurs réactions
irréversibles. L’absence de contrôle au niveau de ces réactions entraîne une
consommation d’ATP et une dissipation de l’énergie consommée sous forme de
chaleur : on parle de cycles « futiles » !
DIA4 :
Régulation au niveau de l’hexokinase : il existe 4 isoenzymes de l’hexokinase : les
isoenzymes I, II et III sont principalement musculaires (+ autres tissus), alors que
l’isoenzyme 4 (glucokinase) est spécifique du foie et du pancréas.
Les isoenzymes I, II et III ont des propriétés de saturation et des régulateurs
différents de l’isoenzyme 4.
A glycémie normale ou basse (ex : à jeûn (~5mM)), les isoenzymes musculaires I, II
et III sont déjà saturées : pour le muscle, il s’agit de prélever du glucose dans le sang
dans toutes les conditions physiologiques, mais en particulier lors du jeûne.
L’isoenzyme hépatique et pancréatique IV (ou glucokinase) est peu active à ces
20
concentrations de glucose: ce n’est pas le rôle du foie de prélever le glucose sanguin
dans ces conditions.
Par contre, lorsque la glycémie augmente (ex : après un repas) et dépasse les 10mM,
la glucokinase hépatique n’est pas du tout saturée et son activité croit encore avec la
glycémie, au contraire de celle des hexokinases musculaires qui sont depuis
longtemps saturées et inhibées allostériquement par le glucose 6-P produit.
L’excès de glucose sanguin dû au repas est beaucoup plus capté par le foie que par
le muscle, où le glucose 6-P limite le contenu de la fibre musculaire en glucose à son
entrée dans la cellule.
L’activité des hexokinases I, II et III musculaires est donc régulée négativement par
le produit de la réaction : le glucose 6-P. C’est donc le glucose 6-P qui limite l’entrée
de glucose dans la fibre musculaire.
DIA5 :
La glucokinase hépatique n’est pas régulée, elle, par le glucose 6-P, mais par le
glucose cellulaire (en équilibre avec le glucose sanguin) et le fructose 6-P qui
agissent, via une protéine hépatique nucléaire régulatrice, sur la localisation
nucléaire (absence de contact entre l’enzyme et le substrat) ou cytoplasmique
(enzyme et substrat dans le même compartiment cellulaire) de l’enzyme : la
séquestration nucléaire éloigne l’enzyme de son substrat..
Le transport du glucose dans l’hépatocyte est assuré par le transporteur GLUT2.
Grâce à ce transporteur, la concentration de glucose dans l’hépatocyte avoisine celle
du sang.
En condition postprandiale, le glucose agit positivement sur l’activité de l’hexokinase
IV. Celle-ci phosphoryle le glucose en glucose 6-P qui est « pris, capté » par
l’hépatocyte.
En condition interprandiale, le fructose 6-P inhibe l’hexokinase IV par séquestration
dans le noyau : le glucose n’est plus phosphorylé en glucose 6-P et n’est plus « pris
ni capté » par l’hépatocyte. Au contraire, dans ces conditions, la gluconéogenèse est
active et le foie produit du glucose qu’il déverse dans la circulation sanguine.
La glucokinase est aussi régulée au niveau de la transcription de son gène (voir plus
loin)
DIA6 :
Le glucose 6-P cellulaire peut s’engager dans la glycolyse, la voie du pentose
phosphate et la synthèse de glycogène (foie et muscles). Une fois métabolisé par la
phosphofructokinase-1 (PFK-1), la molécule est irréversiblement engagée dans la
glycolyse.
Les enzymes phosphofructokinase-1 (PFK-1, glycolyse) et Fructose 1,6bisphosphatase (FBPase-1, gluconéogénèse) sont réciproquement - et
logiquement !- régulées par l’AMP, ADP, ATP, et le citrate (voir plus loin, un des
métabolites du cycle de Krebs) : si la concentration d’ATP ou de citrate est forte, il n’y
a pas lieu d’en produire plus et la glycolyse est inhibée. Si la concentration d’ADP ou
d’AMP est forte, il faut produire de l’ATP et donc activer la glycolyse et le cycle de
Krebs (ou cycle de l’acide citrique). ATP, ADP, AMP et citrate sont des effecteurs
allostériques qui modulent l’affinité de l’enzyme pour son substrat. Ces régulations de
l’activité des enzymes prennent place en quelques secondes.
DIA7 :
21
Dans le foie, l’effecteur allostérique majeur des PFK-1 et FBPase-1 hépatiques est le
fructose 2,6-bisphosphate (F26BP). Sans lui, la PFK-1 est inactive, malgré la
présence des autres effecteurs…
Lors d’un repas, du F26BP est produit dans le foie en réponse à l’insuline sécrétée
par les cellules β du pancréas. L’insuline lie son récepteur à la surface des
hépatocytes et en aval, une phosphatase est activée. Cette phosphatase activée
déphosphoryle l’enzyme bifonctionnelle PFK-2/FBPase-2, rendant la partie PFK-2
active et conduisant à la synthèse de F26BP à partir de Fructose 6-P. Le F26BP
généré est un effecteur allostérique positif de la PFK-1 et négatif de la FBPase-1,
activant donc la glycolyse hépatique et inhibant la gluconéogénèse hépatique.
En phase interprandiale, le glucagon est sécrété par les cellules α du pancréas ; il se
lie à son récepteur hépatique et active l’adenylate cyclase : production d’AMP
cyclique (AMPc), activation d’une protéine kinase dépendante de l’AMPc qui
phosphoryle l’enzyme bifonctionnel PFK-2/FBP-2.
En conclusion, en période postprandiale (insuline élevée, glycémie élevée), cette
régulation autorise le foie à consommer du glucose dans la glycolyse pour produire
de l’énergie. En période interprandiale (glucagon élevé, glycémie basse), la
gluconéogénèse hépatique est stimulée et la glycolyse inhibée.
C’est au niveau de cette enzyme bifonctionnelle PFK-2/FBPase-2 qu’agit aussi le
xylulose 5-P, l’isomère du ribulose 5-P produit dans la voie du pentose phosphate
(voir chapitre 3). Le xylulose 5-P est un activateur de la glycolyse hépatique : l’entrée
du glucose dans les hépatocytes en phase postprandiale entraîne sa
phosphorylation en glucose 6-P qui pénètre les voies de la glycolyse (production
d’acétyl-CoA) et du pentose phosphate (production de NADPH). Ces deux
métabolites, acétyl-CoA et NADPH serviront à produire les acides gras dans le foie,
et ceci à partir du glucose.
DIA8 :
La troisième réaction à être régulée dans la voie de la glycolyse est celle catalysée
par la pyruvate kinase. Il existe plusieurs isoformes de cette enzyme, dont les
isoformes L (liver, foie) et M (muscle). L’ATP, l’acétyl-CoA et les acides gras à
longues chaînes sont – logiquement - des effecteurs allostériques négatifs des
isoformes de la pyruvate kinase. En effet, ces 3 métabolites sont tous associés à un
apport énergétique important, d’où la nécessité de réduire la glycolyse en leur
présence.
L’isoforme L dans le foie est en plus régulée par le glucagon. Cette hormone
sécrétée par les cellules α des îlots du pancréas est présente en grande quantité
dans la circulation sanguine en cas de jeûne. Elle se fixe sur son récepteur à la
surface des hépatocytes et active l’adénylate cyclase, générant de l’AMP cyclique
(AMPc ou cAMP) qui active une protéine kinase dépendante de l’AMPc qui
phosphoryle la pyruvate kinase et l’inactive.
DIA9 :
Dans les mitochondries des hépatocytes, le pyruvate peut soit pénétrer dans le cycle
de Krebs (et servir de fuel pour produire de l’ATP, voir plus loin dans le cours), soit
entrer dans la voie de la gluconéogénèse (GNG) pour produire du glucose qui sera
déversé dans la circulation sanguine.
C’est l’acétyl-CoA qui est l’effecteur allostérique principal à ce niveau. Lors du jeûne
(état interprandial), une grande quantité d’acétyl-CoA est présente dans la
mitochondrie hépatique: ces acétyl-CoA sont dérivés des acides gras (AG) qui sont
22
utilisés par l’hépatocyte pour produire l’ATP pendant le jeûne (voir plus loin dans le
cours : β oxydation des acides gras). La forte concentration en acétyl-CoA inhibe la
transformation du pyruvate en acétyl-CoA et donc empêche l’utilisation du glucose
pour produire de l’ATP dans l’hépatocyte. Par contre, la concentration élevée en
acétyl-CoA dans la mitochondrie hépatique, reflet de l’utilisation des acides gras
comme source d’énergie, donc d’un état de jeûne, induit l’activation de la
gluconéogénèse.
DIA10 :
Les mécanismes de régulation présentés plus haut concernent l’activité des enzymes
qui catalysent les voies métaboliques concernées. Ces mécanismes de régulation
sont rapides (secondes) et rapidement réversibles : effecteur allostérique agissant
sur l’enzyme, phosphorylation de l’enzyme, liaison de l’enzyme à une protéine
régulatrice et séquestration nucléaire de l’enzyme.
La quantité d’enzyme dans la cellule peut aussi être régulée par des hormones et/ou
des métabolites qui vont activer /désactiver des facteurs de transcription qui vont se
lier aux promoteurs des gènes codant pour les enzymes des voies métaboliques et
moduler leur expression. Cette régulation transcriptionnelle est souvent très
complexe, comme l’atteste le nombre et la diversité des sites de liaison des facteurs
de transcription au promoteur du gène PEP carboxykinase, codant pour un enzyme
de la gluconéogénèse. C’est une régulation lente du métabolisme, en minutes ou en
heures…
DIA11 :
Quelques exemples de facteurs de transcription impliqués dans le contrôle de
l’expression des enzymes des voies métaboliques du glucose et des acides gras. On
constate que la régulation de l’expression des enzymes des voies de la
glycolyse/synthèse des acides gras est toujours - et logiquement – inverse de celle
de la gluconéogénèse. Insuline/glycémie élevée/xylulose 5-P sont associés et leurs
concentrations sont hautes lors de l’apport de nutriments (glycolyse et synthèse
d’acides gras). Glucagon/AMPc sont associés et leurs concentrations sont hautes
lorsque la glycémie est basse dans les conditions de jeûne.
DIA12 :
Une forme rare de diabète est liée à des anomalies dans le gène codant pour la
glucokinase (hexokinase IV). Les mutations inactivatrices identifiées abolissent
complètement ou partiellement la fonction de l’enzyme.
Cette maladie, appelée MODY 2 (Mature Onset Diabetes of the Young type 2)
ressemble à un diabète de type 1 où un défaut de sécrétion d’insuline cause la
pathologie. En effet, la glucokinase joue le rôle de senseur au glucose dans les
cellules β du pancréas. Lorsque la glycémie augmente, la concentration de glucose
dans la cellule β augmente aussi. Ce glucose est phosphorylé par la glucokinase et
rentre dans la glycolyse, générant de l’ATP. Cette augmentation de l’ATP inactive les
canaux membranaires au potassium ATP-dépendants, entraînant la dépolarisation
de la membrane, l’ouverture de canaux membranaires au calcium voltage
dépendants, l’augmentation du calcium intracellulaire et la sécrétion d’insuline.
En cas de mutation des 2 allèles de la glucokinase, le seuil de sécrétion de l’insuline
par la cellule β est fortement augmenté et le patient présente donc une
hyperglycémie importante qui apparaît dès la naissance (diabète néonatal). En cas
23
de mutation d’un seul allèle, le seuil de sécrétion est légèrement plus élevé que la
normale (7mM au lieu de 5mM), et une faible hyperglycémie est détectée.
DIA13 :
Le glycogène est une forme de stockage cellulaire du glucose sous forme d’un
polymère de glucose. On le trouve dans le muscle et le foie, dans des particules
cytosoliques de 21nm de diamètre composées de ~55.000 molécules de glucose. Un
agrégat de 20 à 40 particules forme une rosette.
C’est une source d’énergie rapidement mobilisable par la cellule : dans le muscle
pour sa propre consommation (exercice physique : ~1 heure puis épuisement du
glycogène musculaire) et dans le foie pour l’exportation vers les autres tissus (jeûne,
périodes entre les repas : 12-24 heures avant l’épuisement du glycogène hépatique).
DIA14 :
La glycogénolyse est la dégradation du glycogène par 3 enzymes : la glycogène
phosphorylase, l’enzyme débranchant et la phosphoglucomutase.
La phosphorylase catalyse la « phosphorolyse », c'est-à-dire l’attaque des liaisons
α1→4 par le phosphate inorganique ; il en résulte des monomères de glucose 1-P.
L’enzyme débranchant catalyse le transfert de 3 unités de glucose en amont de
l’unité qui établit une liaison α1→6, et génère une nouvelle liaison α1→4. Le même
enzyme catalyse l’hydrolyse de l’unité de glucose qui établit une liaison α1→6 et
libère cette unité.
DIA15 :
Le glucose 1-P produit est ensuite converti dans le cytoplasme en glucose 6-P par la
phosphoglucomutase. Le glucose 6-P entre dans la voie de la glycolyse dans le
muscle et fournira de l’énergie sous forme d’ATP.
Dans le foie, le glucose 6-P est transporté par un transporteur spécifique dans la
lumière du réticulum endoplasmique où l’activité de la glucose 6-Phosphatase
membranaire clive le phosphate. Le glucose est transporté par un transporteur
spécifique dans le cytoplasme puis libéré dans la circulation sanguine par le
transporteur de glucose GLUT2.
Le muscle ne peut pas libérer le glucose dans la circulation sanguine, car ses
cellules n’expriment pas de glucose 6-Phosphatase. Dans le foie, celle-ci n’exerce
son activité que dans la lumière du réticulum endoplasmique. Ce mécanisme de
transport du glucose généré vers la circulation sanguine est commun à la
gluconéogénèse et à la glycogénolyse. Il permet aux hépatocytes de maintenir la
glycémie à une concentration acceptable en condition de jeûne.
DIA16 :
Synthèse de glycogène : le glucose est phosphorylé par l’hexokinase en glucose 6-P.
La phosphoglucomutase convertit ce dernier en glucose 1-P. La synthèse du
glycogène nécessite « l’activation » du glucose 1-P par liaison à un nucléotide, l’UDP
(Uridine DiPhosphate, où la base est l’uracile) : formation d’une liaison phosphate
ester. Le pyrophosphate généré est clivé en 2 phosphates inorganiques Pi par la
pyrophosphatase. Cette réaction de liaison à l’UDP est irréversible, avec un ∆G très
négatif. Le pool d’UDP-glucose ainsi généré est distinct des autres pools de glucose
cellulaire.
DIA17 :
24
Le détail des réactions : la première est légèrement endergonique, la seconde est
très exergonique. Couplées, les deux réactions sont irréversibles, permettant au
glucose lié à l’UDP de former un pool distinct dans la cellule.
DIA18 :
La glycogène synthase est l’enzyme qui catalyse l’addition d’un glucose à la
molécule de glycogène par la formation d’une liaison α1→4 ; l’enzyme branchant
catalyse la formation de liaisons α1→6.
DIA19 :
Vous aurez constaté que les deux réactions précédentes sont conditionnées par la
présence d’une molécule de glycogène préformée : un « primer » de 8 molécules de
glucose unies par des liaisons α1→4. La synthèse du primer est catalysée par la
glycogénine, qui est à la fois un des 2 substrats de la réaction et l’enzyme ! Un
premier glucose est transféré sur le groupe hydroxyl de la tyrosine 194 de la
glycogénine. Ensuite, la glycogénine catalyse l’addition successive de 7 autres
molécules de glucose, formant un primer de 8 résidus sur lequel s’appuient la
glycogène synthase et l’enzyme branchant.
DIA20 :
La régulation de la glycogénolyse est complexe et fait intervenir des effecteurs
allostériques et des hormones.
L’hypoglycémie induit la sécrétion de glucagon par les cellules α du pancréas. Cette
hormone lie son récepteur serpentine (ou récepteur couplé aux protéines G ; GPCR :
G Protein Coupled Receptor, voir le cours de BA2 de Biochimie du Prof. F. Bureau,
chapitre 13 sur la signalisation cellulaire) à la surface des hépatocytes, entraînant
l’activation des petites protéines G et puis celle de l’adenylate cyclase, la formation
d’AMP cyclique (AMPc) à partir de l’ATP, l’activation de la protéine kinase
dépendente de l’AMPc (ou PKA), la phosphorylation (et l’activation) de la
phosphorylase b kinase, la phosphorylation et l’activation de la phosphorylase b en
phosphorylase a. Le glucose 1-P généré est transformé en glucose 6-P, puis, dans le
foie uniquement, déphosphorylé en glucose qui gagne la circulation sanguine.
La préparation à l’exercice physique intense (combat ou fuite = stress) entraîne la
sécrétion d’adrénaline (ou épinéphrine) qui lie son récepteur serpentine à la surface
des myocytes, entraînant l’activation des petites protéines G et puis celle de
l’adenylate cyclase. La suite est identique avec le glucagon. Dans le muscle, la
contraction musculaire est associée à une entrée de calcium dans la fibre musculaire.
Le calcium est un effecteur allostérique positif de la phosphorylase b kinase. La
contraction entraîne aussi une consommation d’ATP et une augmentation d’AMP
dans la cellule musculaire ; ce dernier est un effecteur allostérique positif de la
glycogène phosphorylase a.
DIA21 :
Après l’effort physique (phase de récupération), ou lorsque la glycémie est
redevenue normale, la régulation s’inverse :
Dans le muscle, la glycolyse a généré suffisamment d’ATP qui atteint des valeurs
normales. L’ATP est un compétiteur de l’AMP pour la glycogène phosphorylase a.
Dans le foie, le glucose qui entre dans l’hépatocyte lors d’un repas lie un site
allostérique inhibiteur de la glycogène phosphorylase a.
25
La glycogène phosphorylase a est déphosphorylée par la phosphatase PP1, qui est
elle-même activée indirectement par l’insuline.
DIA22 :
La synthèse de glycogène est régulée au niveau de la glycogène synthase par
phosphorylation/déphosphorylation. La phosphorylation de la glycogène synthase est
catalysée par une dizaine d’enzyme, dont la glycogène synthase kinase 3 (GSK3)
qui suit l’action de la caséine kinase II (CKII)(phosphorylation séquentielle). La
phosphorylation s’effectue sur 3 sérines et rend la glycogène synthase inactive. La
forme déphosphorylée et active de la glycogène synthase est obtenue après action
d’une phosphoprotéine phosphatase (PP1). L’insuline, le glucose et le glucose 6-P
sont des activateurs direct ou indirect de la phosphatase, et donc de la glycogène
synthase et de la synthèse de glycogène. L’insuline inhibe aussi la GSK3, ce qui
favorise encore la synthèse de glycogène. Par contre, le glucagon et l’adrénaline
inhibent la phosphoprotéine phosphatase et la synthèse de glycogène.
DIA23 :
Un tableau récapitulatif de l’état de phosphorylation des enzymes clés de la
glycogénolyse et de la synthèse de glycogène est présenté en fonction de l’état
activé ou inactivé de l’enzyme. Les hormones glucagon, adrénaline et insuline qui
régulent ces phosphorylations sont aussi indiquées, de même que les cibles de la
phosphoprotéine phosphatase PP1.
Les enzymes qui, sous leur forme active, activent la dégradation du glycogène et
inhibent la synthèse du glycogène sont en rouge ; les enzymes qui, sous leur forme
active, activent la synthèse du glycogène sont en vert.
Il faut noter que la phosphoprotéine phosphatase PP1 et ses trois cibles
enzymatiques sont liées les unes aux autres et aux particules de glycogène grâce à
une ou plusieurs protéines de ciblage du glycogène, comme la protéine Gm. La
protéine Gm est aussi la cible de phosphoryaltion induite par les hormones insuline
et adrénaline.
DIA24 :
On distingue généralement 4 conditions physiologiques associées à la sécrétion
d’hormones et/ou à l’entrée de calcium dans la cellule :
- l’état nourri, après un repas, post prandial : insuline
- l’état de jeûne prolongé ou entre les repas : glucagon
- l’état de stress important : préparation au combat OU à la fuite devant
l’agresseur (« fight or flight » des anglais) : adrénaline
- l’exercice physique en dehors de tout stress : entrée de calcium dans la fibre
musculaire
Les effets de l’insuline sur le foie en conditions « repas » sont récapitulées dans
cette dia.
Le glucose entre dans l’hépatocyte par le transporteur GLUT2, sa concentration dans
l’hépatocyte est élevée. Le glucose entraîne une dissociation de l’hexokinase IV de
sa protéine régulatrice dans le noyau, permettant la relocalisation de l’enzyme dans
le cytoplasme, la phosphorylation du glucose en glucose 6-P et l’entrée de ce dernier
dans la voie de la glycolyse et de la synthèse de glycogène. En conclusion, glycolyse
et synthèse de glycogène sont activées dans le foie en conditions postprandiales
DIA25 :
26
Entre les repas ou pendant un jeûne prolongé, le glucagon est sécrété. La PKA
médie tous les effets du glucagon en phosphorylant ses substrats-cibles. La chute de
la concentration de fructose 2,6-bisphosphate entraîne l’inactivation de la PFK-1 (et
de la glycolyse) et l’activation de la FBPase-1 (et de la gluconéogenèse).
En conclusion, gluconéogenèse et glycogénolyse sont activées dans le foie en
conditions de jeûne, le glucose est déversé dans la circulation sanguine pour les
autres organes.
GlunéoG : gluconéogenèse.
DIA26 :
La figure résume les différences importantes de régulation du métabolisme des
hydrates de carbone entre le foie et le muscle.
En condition de jeûne (glucagon) ou de stress (adrénaline), le foie doit générer du
glucose et le déverser dans la circulation sanguine pour les autres organes, afin de
maintenir la glycémie.
Dans le muscle, le stress (adrénaline) et l’exercice physique (entrée de calcium dans
les fibres musculaires) entraînent l’activation de la glycogénolyse et de la glycolyse,
afin de produire de l’ATP comme source d’énergie pour lui-même : exercice physique,
combat/fuite. Le glucose 6-P généré ne peut pas être déphosphorylé en glucose et
donc n’est pas déversé dans la circulation sanguine : il entre directement dans la
glycolyse pour la production d’ATP. Il n’y a pas de gluconéogenèse dans le muscle. Il
n’y pas de récepteur au glucagon sur les fibres musculaires.
L’isoforme musculaire de la Pyruvate kinase, qui catalyse la 10ème et dernière étape
de la glycolyse, n’est pas inhibée par l’augmentation de la concentration en AMPc :
la PKA ne phosphoryle pas cette isoforme musculaire, ce qui permet à la glycolyse
d’être active en présence d’adrénaline. Par contre, la PKA phosphoryle la
phosphorylase kinase et active la glycogénolyse musculaire. En cas d’exercice
physique en dehors des conditions de stress, c’est l’entrée du calcium dans la fibre
musculaire qui stimule la phosphorylase kinase et active la glycogénolyse.
DIA27 :
En condition post prandiale, la glycémie et l’insulinémie sont élevées. Au niveau du
muscle, l’insuline lie son récepteur sur la fibre musculaire et active une cascade de
signalisation intracellulaire (voir chapitre 13 du cours BA2 du Prof. F. Bureau). Celleci entraîne une translocation de vésicules intracytoplasmiques contenant le
transporteur de glucose GLUT4 vers la membrane plasmique, l’entrée du glucose
dans la cellule, l’activation de l’hexokinase et de la glycogène synthase musculaires.
Au total, la synthèse de glycogène ET la glycolyse musculaires sont activées.
DIA28 :
Les maladies du stockage du glycogène (Glycogen Storage Diseases) sont dues à
des défauts génétiques qui touchent les enzymes des voies métaboliques qui
contrôlent la synthèse ou la dégradation du glycogène. Elles nécessitent en dernier
recours la transplantation du foie, du cœur et des reins (image : IIIa). La plupart de
ces maladies se caractérisent par une hépatomégalie (image : augmentation du
volume du foie ; Ia).
27
CHAPITRE 5 : CYCLE DE KREBS
DIA1 :
Le catabolisme des protéines, des graisses et des hydrates de carbone est résumé :
les acides aminés, les acides gras et le glucose sont transformés en acétyl-CoA dans
la première phase. Dans la seconde, l’acétyl-CoA entre dans le cycle de Krebs (du
nom du biochimiste qui l’a découvert (ce cycle est aussi appelé cycle de l’acide
citrique ou de l’acide tricarboxylique)). L’acétyl-CoA est oxydé en CO2 et l’énergie est
transférée à des transporteurs d’électrons : NADH et FADH2. Dans la troisième
phase, ces transporteurs d’électrons transfèrent leurs électrons à l’02. L’énergie
libérée au cours de ce transfert sert à créer un gradient de proton nécessaire pour
phosphoryler de l’ADP en ATP. La troisième phase est appelée phosphorylation
oxydative.
L’ensemble des 3 phases est la respiration cellulaire (car consommation d’O2 et
production de CO2). Avant d’aborder la seconde phase et le cycle de Krebs, nous
devons comprendre la manière dont le pyruvate généré par la glycolyse est converti
en acétyl-CoA.
DIA2 :
Le complexe de la pyruvate déhydrogénase catalyse la décarboxylation oxydative du
pyruvate en acétyl-CoA. Cette étape se déroule dans la mitochondrie et nécessite 5
cofacteurs : NAD+ et TPP, déjà vus précédemment, plus FAD, lipoate et CoA-SH. La
réaction est fortement exergonique, donc irréversible.
DIA3 :
3 enzymes, 5 étapes :
1. E1 contient une thiamine pyrophosphate (TPP) dans son site actif (voir
précédemment pour TPP). Le pyruvate réagit avec la TPP: libération de C02 et
formation d’un hydroxyethyl.
2. E1 transfère l’hydroxyethyl sur la forme oxydée du bras lipoyllysine (voir plus loin),
ce qui génère la forme acylée (ou plus exactement dans ce cas : la forme acétylée)
du bras lipoyllysine.
3. E2 contient donc un bras lipoyl ancré sur une lysine de l’enzyme(voir plus loin). E2
transfère l’acétyl du bras lipoyllysine sur le CoA-SH, générant de l’acétyl-CoA et la
forme réduite du bras lipoyllysine.
4. E3 contient le cofacteur FAD dans son site catalytique. E3 régénère la forme
oxydée du bras lipoyllysine à partir de la forme réduite en présence de FAD.
5. E3 régénère le FADH2 en présence de NAD.
DIA4 :
Le bras lipoyllysine est la liaison de l’acide lipoïque sur une lysine de E2. Ce bras
lipoyllysine est flexible et passe de E1 à E3. Pendant ce passage, le pont disulfure
subit une réduction progressive en forme acylée (ici précisément acétylée) puis
finalement en forme réduite (2 groupes thiols).
L’acide lipoïque ne dérive pas d’une vitamine.
DIA5 :
Le Coenzyme A (CoA-SH) contient une base (adénine) ancrée sur le C 1’ d’un ribose
3’-P, un pyrophosphate ancré au C5’ du ribose 3’-P, une molécule d’acide
pantothénique (ou vitamine B5, hydrosoluble) et à l’extrémité : une molécule de βmercapto-ethylamine. Cette dernière se termine par un groupe thiol réactif dont la
28
fonction est le transport de groupe acyls (acétyl dans ce cas présent) : acyl-CoA et
acétyl-CoA.
L’acide pantothénique est la vitamine B5, elle est hydrosoluble. Elle est présente
dans l’alimentation sous forme de Coenzyme A dont elle est extraite. La carence est
rare chez l’homme et se manisfeste par des signes généraux (asthénie,
céphalées,…), digestifs et neurologiques.
DIA6 :
La riboflavine (ou vitamine B2, hydrosoluble) est constituée de la flavine et d’un
ribose. La riboflavine phosphorylée constitue la FMN (Flavine MonoNucléotide). La
riboflavine liée au nucléotide constitué d’une adénine et d’un ribose diphosphate
constitue la FAD (Flavine Adénine Dinucléotide). Ces coenzymes jouent le rôle
important de transporteur d’électrons (1 ou 2).
La riboflavine est constituée d’un noyau d’isoalloxazine qui peut être totalement ou
partiellement réduit ou oxydé. Ces deux coenzymes sont des composants des
flavoprotéines et peuvent être liés de manière covalente à la protéine.
DIA7 :
Le cycle de krebs a plusieurs rôles :
- énergétique : il transforme l’énergie de la liaison thiolester de l’acétyl-CoA en ATP,
NADH et FADH2. Ces deux derniers cofacteurs sont des transporteurs d’électrons
qui, lors de la phosphorylation oxydative, génèreront de l’ATP (voir plus loin).
- catabolique : c’est finalement dans le cycle de Krebs qu’aboutissent les catabolites
générés à partir des hydrates de carbone, des acides gras et des acides aminés.
- anaboliques : certains intermédiaires du cycle de Krebs sont des précurseurs
d’acides aminés, du glucose (cf gluconéogenèse), des purines et des pyrimidines
(voir plus loin sur les nucléotides), des porphyrines (pour la production d’hèmes pour
l’hémoglobine (transport d’O2) ou pour les cytochromes (transport d’électrons),….
Ce cycle se déroule dans la mitochondrie chez les eucaryotes, et dans le cytosol
chez la plupart des bactéries.
DIA8 :
La première étape du cycle de Krebs est la formation de citrate à partir
d’oxaloacétate et d’acétyl-CoA. Cette réaction est catalysée par la citrate synthase
qui joint le groupe acétyl au C2 de l’oxaloacétate. La réaction est fortement
exergonique.
DIA9 :
Une seule enzyme, l’aconitase, catalyse la transformation du citrate en isocitrate. Un
intermédiaire est généré, le cis-aconitate, qui reste lié au site catalytique de l’enzyme.
L’aconitase possède un centre Fer-Soufre dans son site catalytique ; la carence en
fer entraîne la perte de ce centre et de la fonction de l’enzyme…
La réaction de production de l’isocitrate est réversible mais, dans la cellule,
l’isocitrate est rapidement consommé dans la réaction suivante, entraînant la réaction
vers la droite.
DIA10 :
La formation d’α-cétoglutarate, de CO2 et de NAD(P)H + H+ est catalysée par
l’isocitrate dehydrogénase via 2 intermédiaires réactionnels, et ceci en présence de
manganèse Mn++. Il s’agit d’une décarboxylation oxydative. L’isoforme de l’enzyme
29
active dans le cycle de Krebs utilise de NAD+ comme accepteur d’électrons. Le
NADP+ est utilisé par l’autre isoforme.
DIA11 :
La quatrième étape est à nouveau une décarboxylation oxydative avec production de
CO2. Le CoA-SH sert d’accepteur de groupe succinyl avec formation d’une liaison
thiolester qui conserve l’énergie. Ce complexe ressemble très fort au complexe de la
pyruvate déhydrogénase vu antérieurement dans ce chapitre. Il est aussi composé
de 3 enzymes E1, E2 et E3. Les enzymes E3 sont identiques entre les deux
complexes. Ce complexe utilise aussi la TPP, le lipoate, le CoA-SH, le FAD+ et le
NAD+ comme cofacteurs. La réaction est fortement exergonique.
DIA12 :
La cinquième réaction du cycle de Krebs est la conversion du succinyl-CoA en
succinate. C’est une réaction réversible où l’énergie libérée par la rupture de la
liaison thiolester est captée pour la synthèse d’ATP ou de GTP, selon l’isoforme de
l’enzyme. Si du GTP est formé, il est ensuite converti en ATP par la nucléoside
diphosphate kinase :
GTP + ADP ↔ GDP + ATP
∆G°’= 0kJ/mole
DIA13 :
La sixième réaction est une réaction réversible qui génère du fumarate par oxydation.
L’enzyme est fixée à la membrane interne de la mitochondrie. Elle contient 3 centres
Fer-Soufre et 1 FAD+ qui est lié de manière covalente à l’enzyme.
Le malonate est un analogue du succinate ; c’est un puissant inhibiteur compétitif de
l’enzyme capable de bloquer le cycle de Krebs.
DIA14 :
La septième réaction converti le fumarate en L-malate. C’est une réaction réversible
avec un état de transition.
DIA15 :
La huitième et dernière réaction du cycle est la formation d’oxaloacétate par
oxydation. L’enzyme contient un NAD+ lié au site catalytique.
Vu la consommation rapide de l’oxaloacétate produit dans cette 8 ème réaction par la
première réaction du cycle, sa concentration reste basse dans la cellule (<10 -6M), et
la réaction vers la droite est favorisée.
DIA16 :
L’équation chimique du cycle de Krebs est donnée pour un tour en partant d’un seul
acétyl-CoA.
DIA17 :
La formation d’ATP et de cofacteurs NADH et FADH2, transporteurs d’électrons, est
donnée par molécule de glucose qui rentre dans la glycolyse et le cycle de Krebs
(présence d’O2 indispensable, sinon condition d’hypoxie et fermentation lactique (2
ATP produits par molécule de glucose).
DIA18 :
30
La concentration des différents intermédiaires réactionnels du cycle de Krebs doit
être maintenue constante, malgré le départ de certains d’entre eux du cycle vers des
précurseurs biosynthétiques (en bleu en périphérie). Le cycle est approvisionné en
intermédiaires réactionnels au départ de 4 réactions biochimiques dites
anaplérotiques (en rouge).
DIA19 :
Quatre réactions anaplérotiques du cycle de Krebs sont présentées, ainsi que 2
effecteurs allostériques positifs des réactions 1 et 3.
Si une augmentation de concentration d’acétyl-CoA survient, celui-ci a un effet positif
sur l’activité de la pyruvate carboxylase afin d’augmenter la production
d’oxaloacétate et de métabiliser cet excès d’acétyl-CoA ; cet effecteur est nécessaire
à l’activité de l’enzyme : sans lui, l’enzyme est inactive…
L’augmentation de concentration de fructose 1,6-bisphosphate provenant de la
glycolyse signe un fonctionnement trop lent du cycle de Krebs ; ce métabolite active
la PEP carboxylase et la synthèse d’oxaloacétate pour activer le cycle de Krebs.
DIA20 :
La régulation métabolique du cycle de Krebs est complexe mais très importante, et
s’effectue sur 4 réactions enzymatiques très exergoniques juste en amont (1) et dans
le cycle (3). Elle est le fait d’effecteurs allostériques positifs et négatifs et de la
phosphorylation/déphosphorylation d’E1 du complexe de la pyruvate déhydrogénase.
Les effecteurs allostériques négatifs sont essentiellement – et logiquement - les
produits directs ou indirects des réactions biochimiques (ex : ATP, acetyl-CoA,
NADH,…). Lorsque leurs concentrations augmentent, il faut réduire l’entrée ou le
métabolisme dans le cycle de Krebs.
Les acides gras inhibent très fortement le complexe de la pyruvate deshydrogénase :
l’activité de l’enzyme est réduite lorsque de l’énergie est disponible sous forme
d’acétyl-CoA provenant de l’oxydation des acides gras.
Les effecteurs allostériques positifs sont essentiellement – et logiquement – les
substrats directs ou indirects des réactions biochimiques (ex : AMP, CoA-SH, ADP,
NAD+, …). Lorsque leurs concentrations augmentent, il faut activer le métabolisme
dans le cycle de krebs.
L’augmentation de la concentration de calcium est le signe d’une activité musculaire
qui nécessite une activation du cycle de Krebs afin de produire de l’énergie
(effecteurs allostérique positif).
L’enzyme E1 du complexe de la pyruvate déhydrogénase est sujette à
phosphorylation sur Sérine par une kinase, rendant E1 moins active. L’ATP est un
effecteur allostérique positif de cette kinase. Une phosphatase déphosphoryle E1, la
rendant plus active.
Enfin, comme la vitesse de la glycolyse et celle du cycle de Krebs qui lui fait
directement suite sont intégrées, il existe une régulation négative d’un enzyme de la
glycolyse, la PFK-1, par un métabolite du cycle, le citrate. Une forte concentration de
citrate (le produit indirect de la PFK-1) entraîne une inhibition allostérique de
l’enzyme.
DIA21 :
De rares mutations inactivatrices de certaines enzymes du cycle de Krebs
conduisent au développement de tumeurs (rein, muscle lisse (leiomyosarcome),
glande surrénale (phéochromocytome).
31
On détecte une accumulation des substrats des enzymes inactivées et une
augmentation de l’expression du facteur de transcription HIF-1α (hypoxia-inducible
transcription factor 1α). L’hypothèse actuelle veut que l’augmentation de la
concentration des substrats entraine des modifications épigénétiques (augmentation
de la méthylation de l’ADN) responsables d’une dérégulation de l’expression de
certains gènes impliqués dans le processus tumoral.
L’image (1) montre un leiomyosarcome de la cheville résistant à la chimiothérapie et
à la radiothérapie avant et après traitement au TNF-α recombinant en perfusion
locale. La dernière image montre que la lésion a disparu et que la greffe de peau a
pris.
L’image (2) montre un phéochromocytome au-dessus du rein droit.
32
CHAPITRE 6 : CATABOLISME DES ACIDES GRAS/TRIACYLGLYCEROLS
DIA1 :
Il est important avant tout de relire attentivement le chapitre 11 du cours de Biochimie
de BA2 du Prof. F.Bureau sur les lipides et les lipoprotéines ainsi que le chapitre qui
concerne la physiologie de la digestion dans le cours de BA3 des Profs. P. Lekeux et
T. Art.
Les acides gras sont une source importante d’énergie dans l’organisme. Chez
certains vertébrés, les acides gras constituent ~80% de l’apport énergétique de
certains organes en conditions physiologiques (ex : foie, cœur). Les acides gras sont
transportés dans la mitochondrie où ils subissent une oxydation qui génère de
l’acétyl-CoA qui rentre dans le cycle de Krebs.
Dans certaines conditions de carence cellulaire en glucose, le foie peut aussi
synthétiser de grandes quantités de corps cétoniques à partir des acides gras et les
déverser dans la circulation sanguine. Dans ces conditions, les corps cétoniques
serviront de source d’énergie notamment pour le cerveau.
Les acides gras sont, avec le glycérol, les constituants des triacylglycérols (ou
triglycérides). Ces derniers sont des lipides insolubles dans l’eau et une source
d’acides gras ; on les trouve dans l’alimentation, dans les stocks de l’organisme
(tissu adipeux) et ils peuvent aussi être synthétisé par le foie à partir de l’excès
d’hydrates de carbone alimentaires ou l’excès d’acides gras libres alimentaires (voir
plus loin dans le cours).
Vu leur insolubilité dans l’eau, des mécanismes spécifiques de mobilisation et de
transport des triacylglycérol et des acides gras existent dans l’organisme, la cellule et
vers la mitochondrie. Les triacylglycérols constituent une source d’énergie adéquate,
car ils sont inertes dans la cellule où ils sont stockés et n’augmentent pas l’osmolarité
cellulaire, vu leur insolubilité dans l’eau (>< hydrates de carbone).
DIA2 :
Cette dia rappelle le devenir des triacylglycérols (TAG) alimentaires. Solubilisation
par les sels biliaires qui agissent comme des détergents et formation de micelles de
sels biliaires et de TAG ; action de la lipase intestinale et conversion en
diacylglycérols, monoacylglycérols, glycérol et acides gras libres (AGL). Diffusion
dans les cellules de la muqueuse intestinale où les TAG sont réassemblés puis
incorporés dans les lipoprotéines : les chylomicrons (TAG, cholestérol, ester de
cholestérol, phospholipides et protéines). Ceux-ci sont déversés dans les
lymphatiques et gagnent la circulation sanguine, puis les capillaires des muscles et
du tissu adipeux.
Dans les capillaires de ces tissus, la lipoprotéine lipase est activée par
l’apolipoprotéine CII (apo CII) qui se trouve à la surface des chylomicrons, générant
des AGL et du glycérol qui sont transportés à l’intérieur des myocytes et des
adipocytes. Dans la cellule musculaire, les AGL servent de source d’énergie
(oxydation). Dans le tissu adipeux, ils servent à reconstituer des TAG qui sont
stockés dans une vacuole lipidique.
Le reliquat, le reste des chylomicrons (« remnants ») est véhiculé vers le foie où les
TAG restants, le cholestérol et les apolipoprotéines sont captés par endocytose. Les
AGL qui en dérivent seront transformés en acétyl-CoA qui soit rentreront dans le
cycle de Krebs, soit formeront des corps cétoniques.
En cas d’apport excessif d’AGL alimentaire, le foie est aussi capable de synthétiser
des TAG et de les exporter vers le tissu adipeux sous forme de VLDL (Very Low
Density Lipoprotein).
33
DIA3 :
Les TAG stockés dans le tissu adipeux sont mobilisés grâce au glucagon et à
l’adrénaline. La périlipine est une protéine qui couvre la goutte lipidique dans les
adipocytes. Elle est activée par phosphorylation et permet à la lipase de passer du
cytosol à la surface de la goutte. Le glycérol généré par l’action de la lipase peut
pénétrer dans la glycolyse après action de la glycérol 3-kinase et de la glycérol 3-P
deshydrogénase (voir précédemment).
Une fois déversés dans le sang, les AGL sont portés par l’albumine sérique (10
molécules d’AGL pour 1 molécule d’albumine).
DIA4 :
Le transport des acides gras de plus de 14 carbones à l’intérieur de la mitochondrie
s’effectue en 4 étapes :
- un acyl-CoA est synthétisé dans le cytosol par l’acylCoA synthase à partir d’acide
gras libre et de CoA. Cette réaction est exergonique car deux liaisons très
énergétiques sont rompues (le PPi est ensuite hydrolysé en 2Pi) : ∆G°’= -34kJ/mole.
- la carnitine acyltransférase assure le transfert de l’acyl de l’acylCoA sur la carnitine,
générant l’acylCarnitine. Ce complexe passe la membrane externe de la
mitochondrie au travers de pores. L’acylcarnitine est maintenant dans l’espace situé
entre les deux membranes mitochondriales.
- un transporteur situé dans la membrane interne de la mitochondrie assure le
passage de la seconde membrane mitochondriale. L’acylcarnitine est maintenant à
l’intérieur de la mitochondrie, dans la matrice mitochondriale.
- Une carnitine acyltransférase II assure le transfert de l’acide gras de l’acylcarnitine
sur le CoA, générant de l’acyl-CoA et de la carnitine libre dans la matrice
mitochondriale. La carnitine libre retourne vers le cytosol.
Le transport des AG de 12 carbones ou moins dans la mitochondrie ne nécessite pas
ce système.
DIA5 :
Vue générale de l’oxydation des acyl-CoA dans la mitochondrie en 3 étapes : β
oxydation en acétyl-CoA, cycle de Krebs et phosphorylation oxydative.
DIA6 :
La β oxydation du palmitoyl-CoA est donnée en exemple. Le palmitoyl-CoA contient
16 carbones. L’acide palmitique, ou palmitate est un acide gras saturé à 16C (càd
que les C de la chaîne ne sont liés entre eux que par des liaisons simples).
Chaque cycle d’oxydation qui génère un acétyl-CoA s’effectue en 4 étapes.
La première étape génère une double liaison en configuration trans entre le Cα et le
Cβ (d’où le nom de β oxydation) et 2 électrons (2 électrons et 2 protons transférés
sur le FAD pour former le FADH2). La seconde, catalysée par une hydratase,
consomme une molécule d’eau. L’hydratase n’agit que sur les liaisons C = C en trans.
DIA7 :
La troisième étape génère à nouveau 2 électrons (2 électrons et deux protons pour
former du NADH + H+ à partir du NAD). La quatrième génère un acétyl-CoA et un
myristoyl-CoA (14 carbones). Au total, 7 cycles seront nécessaires pour obtenir
l’oxydation complète en 8 acétyl-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+.
34
DIA8 :
Les équations chimiques de l’oxydation partielle ou complète du palmitoyl-CoA sont
présentées avant et après passage dans le cycle de Krebs et phosphorylation
oxydative.
Nous avons vu que chaque acétyl-CoA entrant dans le cycle de Krebs va générer
3NADH, 1FADH2 et 1ATP.
Nous verrons plus loin que chaque FADH2 produit génèrera 1,5 ATP et que chaque
NADH produit en génèrera 2,5 (voir phosphorylation oxydative). Donc, l’oxydation
complète du palmitoyl-CoA produira 108 molécules d’ATP.
Si nous tenons maintenant compte de l’O2 nécessaire à la phosphorylation oxydative,
de l’H2O générée au cours de cette même phosphorylation oxydative (voir plus loin)
et du CO2 produit dans le cycle de Krebs, l’équation devient :
Palmitoyl-CoA + 23 O2 + 108Pi + 108ADP → CoA + 108ATP + 16CO2 + 23H2O
Si nous considérons les 2 liaisons riches en énergie consommées lors de l’activation
du palmitate en palmitoyl-CoA (ATP en AMP + PPi, puis PPI en 2Pi), nous obtenons,
pour l’oxydation complète du palmitate : 106ATP.
DIA9 et 10 :
La plupart des acides gras des animaux et des plantes ne sont pas complètement
saturés, mais mono- ou poly-insaturés. Ceci signifie que plusieurs carbones de la
chaîne d’acide gras sont liés par une double liaison C═C. Toutes ces doubles
liaisons sont en configuration cis, ce qui empêche donc l’hydratase d’agir puisque
cette dernière agit uniquement sur les doubles liaisons en configuration trans
générées par la déshydrogénase au cours de la première réaction de la β oxydation
(voir plus haut).
La β oxydation des acides gras non saturés va donc nécessiter l’action de 2
enzymes en plus : une isomérase et une réductase, selon le schéma présenté pour
l’acide linoléique (C18) activé en linoleoyl-CoA.
DIA11 et 12 :
La myopathie atypique du cheval (ou myoglobinurie atypique) résulte d’une
destruction massive par nécrose des muscles squelettiques posturaux et
respiratoires. Elle entraine souvent la mort du cheval endéans les 72 heures. Le
cheval adopte rapidement un décubitus latéral abandonné et meurt. On détecte une
élévation importante des enzymes musculaires CK, AST et LDH dans le sang et une
myoglobinurie est présente. L’hypothèse actuelle est celle d’une intoxication
alimentaire suite à l’ingestion de disamares d’érable contenant de l’hypoglycine A (un
dérivé de l’alanine) qui est métabolisée dans la matrice des mitochondries
principalement dans les muscles squelettiques et cardiaque en MCPA (acide
méthylcyclopropylacétique) par une aminotransférase musculaire. Le composé
MCPA lie le FAD et pourrait inhiber les deshydrogénases dépendantes du FAD dont
l’acyl-CoA deshydrogénase mitochondriale qui catalyse la première étape de la βoxydation des acides gras. Il en résulte une accumulation d’acides gras dans la
cellule (coloration Oil red O positive) et l’impossibilité pour les muscles squelettiques
et cardiaque d’utiliser ce substrat énergétique important, une nécrose des cellules
musculaires et la libération d’enzymes musculaires (Créatine Kinase, ASpartate
Transaminase et Lactate DésHydrogénase) et de myoglobine dans la circulation
sanguine et les urines.
DIA13 :
35
Lors de la période de migration (oiseaux) et pendant l’hivernation (ours), la seule
source d’énergie de l’organisme est l’oxydation des acides gras libérés des
triacylglycérols. Dans le cas de l’hivernation des ours, cette oxydation des acides
gras apporte aussi chaleur et H20 nécessaires à la survie pendant parfois 7 mois !
L’hiVernation se différencie de l’hiBernation car, dans cette dernière, la température
du corps diminue, ce qui n’est pas le cas de l’ours.
Le glycérol généré par le catabolisme des triacylglycérols rentre dans la voie de la
gluconéogénèse ; l’urée formée par le catabolisme des acides aminés (voir chapitre
suivant) est réabsorbée par les reins et recyclée en nouveaux acides aminés. Les
ours n’urinent et ne défèquent pas pendant toute l’hivernation !
DIA14 :
Les acides gras naturels portent la plupart du temps un nombre pair de carbones.
Cependant, chez les ruminants, les bactéries du rumen produisent aussi du
propionate (CH3-CH2-COO-, soit 3C) qui sera absorbé dans le sang et oxydé dans le
foie (voir chapitre sur les ruminants). Trois réactions biochimiques permettent
l’oxydation du propionyl-CoA. La première nécessite la biotine comme cofacteur et la
troisième le cofacteur B12, dérivé de la vitamine B12 (voir plus loin dans le cours).
DIA15 :
La régulation du catabolisme des acides gras s’effectue à plusieurs niveaux et par
plusieurs mécanismes :
1. Effecteurs allostériques :
- carnitine acyltransférase I : transport des acides gras dans la mitochondrie où ils
sont obligatoirement oxydés ; le malonyl-CoA (-OOC-CH2-CO-S-CoA), le premier
intermédiaire métabolique dans la synthèse des acides gras après carboxylation de
l’acétyl-CoA, inhibe la carnitine acyltransférase I (voir chapitre sur la synthèse des
acides gras);
- déhydrogénase (3ème étape de la β oxydation) : inhibée si le rapport NADH/NAD+
est élevé (càd si un des produits de la β oxydation est en grande quantité dans la
mitochondrie) ;
- acyl-CoA acétyltransférase (ou thiolase, 4ème étape de la β oxydation) : inhibée si la
concentration en acétyl-CoA est élevée (càd si un des produits de la β oxydation est
en grande quantité dans la mitochondrie).
2. Transcription de gènes en ARNm codant pour les enzymes du catabolisme des
acides gras :
Les facteurs de transcription PPARα (peroxisome proliferator-activated receptor
alpha) et CREB (cAMP response element binding protein) sont présents et actifs
entre les repas et pendant le jeûne. Ils activent la transcription de gènes codant pour
les enzymes du catabolisme des acides gras qui servent de source d’énergie dans
ces conditions.
DIA16 :
La prise d’un repas riche en hydrate de carbone entraîne une élévation de la
glycémie, la sécrétion d’insuline et l’augmentation de la concentration de glucose
dans la cellule. Dans le foie, la glycolyse est activée et la concentration d’acétyl-CoA
est élevée dans la mitochondrie. L’insuline active l’acétyl-CoA carboxylase (ACC) qui
synthétise du malonyl-CoA, premier intermédiaire dans la synthèse des acides gras,
à partir d’acétyl-CoA dérivé du glucose. Donc, dans ces conditions, l’excès de
glucose alimentaire est transformé en acides gras dans le foie. Ceux-ci serviront -
36
avec le glycerol -, à produire des triacylglycérols qui seront stockés dans le foie et/ou
exportés vers le tissu adipeux. L’ensemble de ce processus est appelé la
« lipogenèse hépatique ». Le malonyl-CoA inhibe le transport des acides gras dans
la mitochondrie et donc leur oxydation. Le glucose est donc la source d’énergie
utilisée pendant ce type de repas.
Entre les repas, la glycémie est basse et les cellules α du pancréas sécrètent du
glucagon. Ce dernier active une kinase de l’ACC qui l’inhibe par phosphorylation : la
synthèse de malonyl-CoA et d’acides gras sont inhibées, ce qui lève l’inhibition du
transport des acides gras dans la mitochondrie. Entre les repas, les acides gras sont
donc la source d’énergie préférentiellement utilisée par les hépatocytes.
N’oublions pas que dans le muscle au repos et en activité (exercice d’endurance),
l’oxydation des acides gras est très active.
DIA17 :
Les acides gras à très longues chaînes (C26) et les acides gras branchés (acide
phytanique et pristanique) que l’on trouve dans la graisse des ruminants, les produits
laitiers, la viande et le poisson, sont préférentiellement oxydés dans les peroxisomes.
Dans les peroxisomes, des organelles cytoplasmiques délimités par une bicouche
membranaire que l’on trouve dans toutes les cellules eucaryotes, l’oxydation des
acides gras génère du FADH2 qui est directement utilisé pour réduire l’O2 en H2O2
avec dégagement de chaleur. L’H2O2 généré est détruit pas la catalase.
L’acétyl-CoA et le NADH produits au cours de l’oxydation des acides gras dans les
peroxisomes sont exportés (notamment vers la mitochondrie).
DIA18 :
L’adrénoleucodystrophie est une maladie génétique qui affecte, dans sa forme
sévère, des garçons porteurs de mutations dans le gène Abcd1, un transporteur
d’acides gras à très longues chaînes (AGTLC) dans le peroxisome. Vu l’impossibilité
qu’ont les AGTLC à rentrer dans le peroxisome, on observe leur accumulation dans
les cellules (cerveau, glande surrénale) puis dans le sérum de ces patients.
L’accumulation des AGTLC entraîne, de manière encore mal comprise, une
démyélinisation cérébrale (arrêt puis régression des acquis qui débute vers l’âge de
4-10 ans, épilepsie et ataxie) et des lésions de la glande surrénale (insuffisance
surrénalienne : maladie d’Addison).
L’imagerie par résonnance magnétique nucléaire (RMN) du cerveau est
caractéristique : aspect opaque symétrique de la substance blanche des régions
périventriculaires.
Pas de traitement (Lorenzo’s oil…).
DIA19 :
A côté de la β oxydation, il existe aussi chez les vertébrés une ω oxydation (le
carbone ω est le plus distant du groupe carboxylique). Celle-ci a lieu dans le
réticulum endoplasmique lisse du foie et du rein, et oxyde des acides gras à chaînes
de 10-12 carbones. Elle est mineure par rapport à la β oxydation mitochondriale.
L’oxydation procède en 3 étapes pour générer un acide gras avec deux groupes
carboxyliques, un à chaque extrémité. L’acide gras est ensuite activé à ses deux
extrémités par deux CoA et dirigé vers la mitochondrie pour β oxydation par les deux
extrémités.
Pour information, il existe aussi une α oxydation qui se déroule dans les
peroxisomes…
37
DIA20 :
La β oxydation des acides gras dans les mitochondries hépatiques mène à la
production d’acétyl-CoA. Cet acétyl-CoA rentre soit dans le cycle de Krebs, soit dans
la production des corps cétoniques (acétone, acétoacétate et D-β-hydroxybutyrate).
Une fois synthétisés dans le foie, ces corps cétoniques sont exportés vers les tissus
extrahépatiques (muscle, cœur, rein, cerveau) par la circulation sanguine et, pour
l’acétoacétate et le D-β-hydroxybutyrate, reconvertis en acétyl-CoA dans ces tissus
où ils servent de source d’énergie en rentrant dans le cycle de Krebs. L’acétone
étant volatil, il est exhalé par les poumons. En condition physiologique, la production
de corps cétoniques est très faible.
DIA21 et 22:
Les réactions biochimiques de production des 3 corps cétoniques dans la
mitochondrie hépatique sont données. Ces corps cétoniques sont déversés dans la
circulation sanguine.
DIA23:
L’acétone est très volatil et est exhalé par les poumons. Les deux autres corps
cétoniques, l’acétoacétate et le D-β-hydroxybutyrate sont captés par les tissus
extrahépatiques comme le muscle, le cœur, le rein et le cerveau où ils sont
reconvertis en acétyl-CoA qui rentrent dans le cycle de Krebs dans ces tissus afin de
produire de l’énergie.
Les 3 réactions de conversion du D-β-hydroxybutyrate en acétyl-CoA sont données.
DIA24 :
Dans certaines circonstances, on peut observer une surproduction importante de
corps cétoniques par le foie. En cas de jeûne prolongé, de diabète non traité ou mal
traité (décompensé), de régime TRES pauvre en calorie, l’apport en glucose aux
cellules est insuffisant.
La gluconéogénèse hépatique est très active dans ces conditions, afin de maintenir
la glycémie pour fournir un minimum de glucose aux cellules. La gluconéogénèse
« pompe » hors du cycle de Krebs un intermédiaire biochimique important :
l’oxaloacétate. Le cycle de Krebs doit donc « tourner au ralenti », vu la concentration
très basse d’oxaloacétate.
Comme dans ces conditions la synthèse d’acides gras est inhibée, la concentration
de malonyl-CoA est faible, et donc la β oxydation est très active, générant de
grandes quantités d’acétyl-CoA qui ne peuvent pas entrer dans le cycle de Krebs, vu
sa très faible activité, et qui s’accumulent dans la cellule. Les acétyl-CoA sont alors
dirigés vers la synthèse de corps cétoniques et leurs concentrations sanguines et
urinaires peuvent être multipliées par 50 ! Ces concentrations sanguines énormes (=
cétose) entraînent une chute du pH sanguin (acidose). Dans les cas extrêmes, un
coma acidocétosique apparaît et la mort peut survenir (diabète non traité ou coma
diabétique acidocétosique inaugural). L’acétone exhalé dans ces conditions
pathologiques donne une légère odeur de pomme verte à l’haleine.
Dans ces conditions, l’oxydation des acides gras est très active et de grandes
quantités de NADH sont produites dans la mitochondrie (voir précédemment : β
oxydation). Le rapport NADH/NAD+ est donc très élevé dans la mitochondrie, ce qui
freine d’autant plus le bon fonctionnement du cycle de Krebs, qui consomme lui aussi
du NAD+ et le transforme en NADH. Il y a donc deux raisons au mauvais
38
fonctionnement du cycle de Krebs dans les conditions mentionnées ci-dessus :
carence en oxaloacétate ET en NAD+.
39
CHAPITRE 7 : CATABOLISME DES ACIDES AMINES
DIA1 :
Il est conseillé de relire le chapitre sur la physiologie digestive du cours de BA3 des
Profs P. Lekeux et T. Art avant d’aborder ce chapitre.
Il n’existe aucun stock d’acides aminés dans les cellules. Les sources d’acides
aminés dans l’organisme sont :
- les protéines alimentaires qui sont digérées dans l’estomac et l’intestin par l’action
de protéases et peptidases (pepsine, trypsine, chemotrypsine, carboxypaptidase A et
B, aminopeptidase). Les acides aminés libres sont transportés au travers de la
muqueuse intestinale vers la circulation sanguine et la veine porte. Les acides
aminés pénètrent ensuite dans les hépatocytes.
- le turnover des protéines cellulaires (les protéines ont un temps de demi-vie limité
et sont dégradées et remplacées) ;
- la protéolyse essentiellement musculaire associée au jeûne prolongé.
Dans le foie, les acides aminés résultant de la digestion des protéines et du turnover
protéique des hépatocytes subissent dans le cytosol une désamination catalysée par
une aminotransférase (ou transaminase). Il existe différentes isoformes de
transaminases plus ou moins spécifiques d’un ou plusieurs acides aminés : alanineou aspartate-aminotransférases, par exemple.
La désamination de l’acide aminé entraîne, d’une part, la formation d’un squelette
carboné, l’α-céto acide, qui pénètrera dans la mitochondrie puis le cycle de Krebs et
participera à la production soit d’ATP (oxydation complète), soit de glucose
(gluconéogenèse) ou de corps cétoniques (voir plus loin dans ce chapitre).
D’autre part, le groupe aminé est transféré à l’α-cétoglutarate pour former le
glutamate, un acide aminé essentiel, aux côtés de la glutamine et de l’alanine, dans
le catabolisme des acides aminés.
Les transaminases utilisent un cofacteur : le pyridoxal phosphate, dérivé de la
pyridoxine, ou vitamine B6 (voir plus loin).
Cette réaction cytosolique est réversible puisque ∆G°’≈ 0 kJ/mole.
DIA2 :
Le glutamate généré quitte le cytosol pour la mitochondrie et subit une désamination
oxydative catalysée par la glutamate déshydrogénase présente dans la matrice
mitochondriale. Le devenir de l’ion ammonium NH4+ généré au cours de la réaction
sera vu plus loin dans ce chapitre. L’α-cétoglutarate produit dans la mitochondrie
rejoint le cycle de Krebs pour former soit de l’ATP, soit du glucose.
DIA3 :
Les alanine et aspartate-transaminases (ALT et AST) sont des marqueurs sériques
de maladies musculaires (ex : infarctus du myocarde) et hépatiques (ex : intoxication
alcoolique, médicamenteuse ou toxique). Ces enzymes sont libérées dans la
circulation sanguine lors de la mort cellulaire. Dans le cas de l’infarctus du myocarde,
il existe une séquence d’apparition et de disparition d’enzymes libérés par le
myocarde lésé dans la circulation sanguine qui permet de déterminer le moment
approximatif et l’intensité de la lésion. CK : créatine kinase.
DIA4 :
La pyridoxine, ou vitamine B6, est une vitamine hydrosoluble qui est le précurseur du
pyridoxal phosphate. Ce dernier est un cofacteur qui joue un rôle de stabilisateur
40
d’intermédiaires réactionnels dans les réactions de racémisation, de transaminations
et de décarboxylation, notamment dans le métabolisme des acides aminés.
Le phosphate de pyridoxal est entouré de rouge dans le site catalytique d’une
transaminase.
DIA5 :
Seul le foie est capable de métaboliser de grandes quantités d’ions ammonium NH4 +
(voir plus loin dans ce chapitre). Le catabolisme des acides aminés qui survient dans
les autres tissus que le foie va générer des ions ammonium qui sont très toxiques et
qu’il est nécessaire de transporter par la circulation sanguine vers les mitochondries
du foie sous forme de L-glutamine. L’ion ammonium est ensuite libéré dans la
mitochondrie hépatique. Ce rôle de transport d’ions ammonium dérivés notamment
du catabolisme des acides aminés dans les autres tissus que le foie explique la plus
forte concentration de L-glutamine dans la sang par rapport aux autres acides
aminés.
DIA6 :
Dans le muscle essentiellement, il existe un second mécanisme de transport des
ions ammonium vers le foie : le cycle glucose-alanine. Dans le muscle, l’ion
ammonium produit à partir du catabolisme des acides aminés participe à la synthèse
de glutamate en présence d’α-céto glutarate (voir DIA1). Toujours dans le muscle, le
glutamate est converti en alanine en présence de pyruvate par l’alanine
aminotransférase. C’est l’alanine qui sert cette fois-ci de transporteur sanguin d’ion
ammonium. Cet acide aminé pénètre dans le foie où il est reconverti en pyruvate et
glutamate par l’alanine aminotransférase. Le glutamate pénètre dans la mitochondrie
où il libère l’ion ammonium.
Le pyruvate généré dans le foie va participer à la synthèse de glucose
(gluconéogénèse) et le glucose va être libéré dans la circulation sanguine puis être
capté notamment par le muscle, où il sera oxydé dans la glycolyse.
Au cours de la contraction musculaire s’installent donc deux cycles : le cycle de Cori
et le cycle glucose-alanine. La production de pyruvate et de lactate (à partir du
glucose via la glycolyse) et d’acides aminés (à partir des protéines musculaires) dans
le muscle en cours de contraction violente initie ces deux cycles.
DIA7 :
Le devenir du groupe aminé des acides aminés varie en fonction de l’animal :
- les vertébrés aquatiques et les larves des amphibiens le libèrent simplement dans
l’eau sous forme d’ion ammonium (simple dilution)
- chez la plupart des vertébrés terrestres, l’ion ammonium participe à la synthèse de
l’urée ;
- chez les oiseaux et les reptiles, la voie d’excrétion majeure de l’ion ammonium est
l’acide urique (voir plus loin).
DIA8 :
Les ions ammonium des vertébrés terrestres sont libérés dans les mitochondries des
hépatocytes à partir du glutamate et de la glutamine (voir plus haut). Ils peuvent
aussi provenir via la veine porte de l’oxydation des acides aminés par les bactéries
intestinales.
41
Le cycle de l’urée débute ; il a lieu exclusivement dans le foie : d’abord dans la
mitochondrie puis dans le cytosol. L’urée produite dans ce cycle sera libérée dans la
circulation sanguine et excrétée par le rein.
Les ions ammonium présent dans la mitochondrie hépatique sont directement
combinés avec le bicarbonate (HCO3- provenant du CO2 libéré par le cycle de Krebs
lors de la respiration mitochondriale) pour former le carbamoyl phosphate (carbamoyl
phosphate synthetase de type I, mitochondriale). Chaque réaction consomme 2ATP.
Lors de la première étape qui a lieu dans la mitochondrie hépatique, le carbamoyl
phosphate donne son groupe carbamoyl à l’ornithine pour former la citrulline qui
quitte la mitochondrie pour le cytosol. Cette réaction est catalysée par l’ornithine
transcarbamoylase.
DIA9 :
Dans le cytosol, la réaction suivante est une réaction de condensation entre le
groupe carbonyl de la citrulline et le groupe amine de l’aspartate, générant
l’argininosuccinate. L’aspartate provient (DIA8) de la réaction du glutamate avec
l’oxaloacétate (cycle de Krebs !) dans la mitochondrie. C’est ce glutamate
mitochondrial qui, in fine, apporte le second groupe aminé dérivé du catabolisme des
acides aminés pour la synthèse de l’urée. L’aspartate généré par l’aspartate
aminotransférase quitte la mitochondrie pour le cytosol où il réagit.
Cette réaction procède par la formation d’un intermédiaire qui nécessite la présence
d’un ATP.
L’argininosuccinate est ensuite clivé par l’argininosuccinase en arginine et en
fumarate. Ce dernier rejoint la mitochondrie et le cycle de Krebs. Cette réaction est la
seule réaction réversible du cycle de Krebs.
L’arginine est ensuite clivé en urée et en ornithine par l’arginase. L’ornithine réintègre
la mitochondrie pour le cycle suivant.
Des deux groupes aminés de l’urée, l’un provient donc de l’ion ammonium libre de la
mitochondrie de l’hépatocyte, l’autre de l’aspartate synthétisé dans la mitochondrie à
partir du glutamate et de l’oxaloacétate, métabolite du cycle de Krebs. Le carbone de
l’urée provient du CO2 produit dans la mitochondrie dans le cycle de krebs.
DIA10 :
Les cycles de Krebs et de l’urée sont connectés en un « bicycle de Krebs » qui se
déroule dans la mitochondrie et le cytosol. La connexion est appelée « le shunt
aspartate-argininosuccinate ». Ce bicycle récapitule le catabolisme des acides
aminés : squelette de carbone vers le cycle de Krebs, et groupe aminé vers le cycle
de l’urée.
DIA11 :
La régulation du cycle de l’urée est double : en cas de régime très riche en protéine,
ou en cas de jeûne prolongé qui nécessite la lyse des protéines musculaires,
- l’expression et donc la concentration de toutes les enzymes du cycle sont
augmentées ;
- l’arginine et le N-acétylglutamate sont des effecteurs allostériques positifs de la
carbamoyl phosphate synthétase de type I dans la mitochondrie.
L’équation biochimique du cycle de l’urée est donc :
2NH4+ + HCO3- + 3ATP + H20 → urée + 2ADP + 4Pi + AMP + 2H+
DIA12 :
42
Entre 10 à 15% de l’apport énergétique provient du catabolisme des acides aminés
dans les conditions physiologiques et selon l’animal (plus si carnivores…).
Les vingt voies du catabolisme des squelettes carbonés dérivés des acides aminés
après élimination du groupe aminé (les α-céto acides) convergent vers des
métabolites directs ou indirects du cycle de Krebs : pyruvate, acétyl-CoA,
oxaloacétate, fumarate, succinyl-CoA et α-cétoglutarate.
En fonction de ces différents métabolites, le squelette carboné va participer à la
synthèse de corps cétoniques ou de glucose (et de glycogène), ou être totalement
oxydé en CO2 + H2O et participer à la production d’ATP.
Seuls deux acides aminés, la leucine et la lysine, sont exclusivement cétogéniques.
DIA13 :
Les voies cataboliques simplifiées pour les squelettes carbonés de l’alanine, glycine,
sérine, cystéine, tryptophane et thréonine sont présentées pour information.
De multiples cofacteurs interviennent dans ces réactions : CoA, PLP (pyridoxal
Phosphate), NAD+ et tetrahydrofolate (H4 folate), sur lequel nous reviendrons cidessous.
Le squelette carboné est, en tout ou en partie, catabolisé en pyruvate. Celui-ci est
soit transformé en acétyl-CoA et rentre dans le cycle de Krebs pour oxydation
complète, soit transformé en oxaloacétate et participe à la gluconéogénèse.
La glycine a 3 voies distinctes de catabolisme : 2 sont présentées dans cette DIA :
soit vers la sérine, soit la conversion en CO2, NH4+ et un groupe méthylène. C’est
cette dernière voie qui est la plus importante quantitativement chez l’animal. Chez
l’homme, l’absence de l’enzyme qui catalyse cette réaction, la glycine cleavage
enzyme, entraîne une pathologie appelée l’hyperglycinémie non cétogène. On y
observe une augmentation des concentrations sériques de glycine associée à une
arriération mentale sévère et une mort précoce.
DIA14 :
La 3ème voie catabolique de la glycine est présentée, car elle a un intérêt médical.
Cette voie catabolique est catalysée par l’oxydase des D-acides aminés,
essentiellement dans le rein.
La production d’oxalate dans le rein est à la base de la formation de cristaux
d’oxalate qui constituent 75% des lithiases urinaires chez l’homme.
En plus de convertir la glycine en glyoxylate, l’oxydase des D-acides aminés
transforme les D-acides aminés toxiques en L-acides aminés. Les D-acides aminés
sont notamment présents dans la paroi des bactéries. Il existe aussi une
racémisation spontanée des L-acides aminés en D-acides aminés au sein des
protéines sous l’action de la chaleur (grillades…).
DIA15 :
Les voies cataboliques simplifiées pour les squelettes carbonés de la leucine,
isoleucine, tryptophane, tyrosine, lysine, phénylalanine et thréonine sont présentées
pour information.
Deux cofacteurs interviennent dans ces réactions : CoA et NAD+.
Une partie du squelette carboné est catabolisée en acétyl-CoA, pyruvate ou fumarate.
L’acétyl-CoA soit rentre dans le cycle de Krebs pour oxydation complète, soit est
transformé en corps cétoniques.
DIA16 :
43
Le catabolisme de deux de ces acides aminés, le tryptophane et la phénylalanine,
est particulièrement complexe mais très important.
Dans le cas du tryptophane, certains intermédiaires du catabolisme sont des
précurseurs de la synthèse de biomolécules très importantes, comme la sérotonine,
le NAD+ et le NADP+.
DIA17 :
Le catabolisme de la Phénylalanine est catalysé par la Phe hydroxylase qui converti
cet acide aminé en Tyrosine.
La Tyrosine est un acide aminé précurseur de neurotransmetteurs et d’hormones
importants : dopamine (neurotransmetteur dont le défaut entraîne la maladie de
Parkinson), adrénaline et noradrénaline (hormones sécrétées par la médullaire de la
glande surrénale), mélanine (un pigment de la peau et des cheveux)(voir plus loin
dans le cours). L’absence de production de mélanine confère aux cheveux et à la
peau une couleur blanche ou claire : c’est l’albinisme.
Le défaut de Phe hydroxylase, qui catalyse la conversion de la Phe en Tyr, entraîne
des anomalies de développement du cerveau et un retard mental sévère et précoce
si cette anomalie génétique n’est pas diagnostiquée rapidement : c’est la
phénylcétonurie.
Approximativement 10 nouveaux-nés sur 100.000 sont atteints d’une anomalie
génétique de cette enzyme. La maladie se caractérise par des vomissements
néonataux, une urine qui présente une odeur caractéristique (et qui servait d’élément
de diagnostic…) et un retard mental si un régime strict n’est pas mis en place
rapidement.
On identifie dans le sang et les urines une augmentation des concentrations de Phe
et des métabolites de la Phe obtenus par une seconde voie catabolique
normalement peu utilisée : le phénylpyruvate, le phényllactate (qui confère aux urines
l’odeur caractéristique de la maladie) et le phénylacétate.
Un régime strict pauvre en protéines et contenant peu de Phe et de Tyr (mais
suffisamment pour assurer la synthèse des protéines…) doit être suivi. Pas
d’aspartame comme agent sucrant synthétique, car c’est un dipeptide d’aspartate et
de méthyl esther de Phenylalanine !
DIA18 :
Les voies cataboliques simplifiées pour les squelettes carbonés de la proline,
glutamine, glutamate, arginine et histidine sont présentées pour information.
Trois cofacteurs interviennent dans ces réactions : NAD+, NADP+ et tétrahydrofolate.
Le squelette carboné de ces acides aminés est catabolisé en α-cétoglutarate dans le
cycle de Krebs.
DIA19 :
Les voies cataboliques simplifiées pour les squelettes carbonés de la méthionine,
isoleucine, valine et thréonine sont présentées pour information.
Quatre cofacteurs interviennent dans ces réactions : NAD+, PLP, coenzyme B12 et
CoA.
Le squelette carboné de ces acides aminés est catabolisé en succinyl-CoA dans le
cycle de Krebs.
Notons que la conversion du propionyl-CoA en succinyl-CoA, qui nécessite un
cofacteur dérivé de la vitamine B12, sera abordée en détails dans le chapitre sur les
44
ruminants (cf note dans le chapitre sur le catabolisme des acides gras : catabolisme
des acides gras à nombre impair de carbones).
DIA20 :
En règle générale, c’est le foie qui participe le plus au catabolisme des acides
aminés. Cependant, la leucine (L), l’isoleucine (I) et la valine (V) ne sont pas
catabolisés dans le foie, mais dans le muscle, le tissu adipeux, le rein et le cerveau
où ils servent de source d’énergie. En effet, l’aminotransférase spécialisée dans les
acides aminés à chaîne branchées (L, I et V) n’est pas exprimée dans les
hépatocytes.
Les α-céto acides générés sont pris en charge par une déshydrogénase d’α-céto
acides qui ressemble fort au complexe de la pyruvate déshydrogénase : il s’agit
probablement d’une duplication du gène suivie d’une spécialisation de fonction. Ces
déshydrogénases utilisent les mêmes 5 cofacteurs : CoA, NAD+, lipoate, FAD et
Thiamine pyrophosphate.
DIA21 :
Le catabolisme de l’asparagine et de l’aspartate est présenté.
DIA22 :
Pour information, quelques anomalies génétiques qui affectent le catabolisme des
acides aminés : albinisme, phénylcétonurie, …
DIA23 :
Le coenzyme tétrahydrofolate (H4 folate, voir DIA13) est synthétisé à partir d’une
vitamine, l’acide folique. L’acide folique est la forme oxydée ; elle est réduite par la
double action de la dihydrofolate reductase sur les C 6 et 7, et sur les N 5 et 8.
Le H4 folate, comme le folate, est constitué d’un glutamate, d’un para-amino
benzoate et d’une 6-méthylptérine.
Le H4 folate intervient dans les réactions de transfert d’unité à UN atome de carbone
et joue un rôle important dans le métabolisme des acides aminés et des nucléotides
(voir plus loin : synthèse du dTMP (déoxythymidine monophosphate) à partir du
dUMP). Ce sont les azotes N5 et N10 qui participent au transfert du carbone.
Le folate est présent dans les aliments tels que les abats (foie) et les légumineuses à
feuilles vertes (épinard)(folium = feuille en latin). Le folate est absorbé au niveau du
duodénum et du jéjunum proximal. Il est aussi produit par la flore intestinale, mais
dans ce cas, son absorption est très limitée car survenant après le duodénum.
DIA24 :
La carence en folate chez l’adulte conduit à une anémie
mégaloblastique/macrocytaire (défaut de production des globules rouges dans la
moëlle osseuse et apparition de formes anormales dans le sang : globules rouges
trop grands (« mégalo »)), des troubles du fonctionnement du système nerveux et du
système immunitaire, ainsi qu’à des troubles de la cicatrisation.
La plupart de ces signes sont le reflet d’un défaut de prolifération cellulaire par
manque de précurseurs de nucléotides (déoxythymidine monophosphate, dTMP)
nécessaires pour la synthèse d’ADN qui précède la division cellulaire. La réplication
de l’ADN se fait moins bien (moins de division cellulaire, donc nombre de cellules
progénitrices des globules rouges diminué ; prolongation du cycle cellulaire et
45
augmentation du volume de la cellule car la synthèse d’ARN n’est pas affectée (le
dTMP et ses métabolites n’interviennent pas dans la synthèse des ARN…).
Pendant la grossesse ou la croissance de l’enfant ou de l’adolescent, les besoins en
folate sont plus importants car le matériel génétique doit être répliqué abondamment.
La réplication de l’ADN nécessite le dTMP comme précurseur dans la synthèse
d’ADN (voir plus loin). Des suppléments de folate sont nécessaires pendant la
grossesse pour prévenir notamment les malformations du tube neural, dont la nonfermeture complète ou partielle. Des images de non-fermeture plus ou moins
complète du tube neural sont présentées.
46
CHAPITRE 8 : CHAINE RESPIRATOIRE ET SYNTHESE D’ATP
DIA1 :
Les molécules de NADH, de FMNH2 et de FADH2 générées au cours des réactions
d’oxydation dans le catabolisme des glucides, lipides et acides aminés convergent
vers la mitochondrie, où a lieu l’étape finale de la respiration cellulaire et la
production d’ATP.
Les deshydrogénases NAD+-dépendantes arrachent deux électrons et deux protons
à leurs substrats. Le NAD+ accepte un ion hydrure, soit deux électrons et un proton.
L’autre proton est libéré dans le milieu. (NB : le NADPH est généralement un
donneur d’électrons dans les réactions anaboliques, pas un accepteur d’électrons
comme le NAD+).
La mitochondrie possède deux membranes, l’une interne et l’autre externe, entourant
la matrice. Ces deux membranes ont des perméabilités différentes aux molécules :
l’externe est perméable aux petites molécules (<5000 Da) et aux ions grâce à la
présence de pores. L’interne est imperméable aux petites molécules et aux ions
comme les protons (H+). Les seules molécules qui la traversent utilisent des
transporteurs. C’est cette membrane interne qui contient les éléments de la chaîne
respiratoire et la synthase d’ATP.
Le contenu de la matrice est indiqué sur la figure. On note que parmi les voies
cataboliques, seule la glycolyse a lieu dans le cytoplasme ; l’oxydation des acides
gras et des acides aminés ont lieu dans la matrice mitochondriale.
La sélectivité de la membrane interne de la mitochondrie permet donc une
ségrégation des métabolites et des enzymes cytoplasmiques et mitochondriaux.
DIA2 :
Ce schéma général reprend les caractéristiques de la chaîne respiratoire et de la
synthèse d’ATP. Les détails seront examinés plus bas.
Les transporteurs d’électrons NADH et FADH2 sont générés dans la matrice ou y
arrivent via un transporteur spécifique leur permettant de traverser la membrane
interne à partir du cytosol.
L’ensemble des transporteurs d’électrons (complexe I, II, coenzyme Q, complexe III
et IV) ainsi que la synthase d’ATP sont présents dans la membrane interne.
Les transporteurs d’électrons libèrent leurs électrons à différents niveaux dans la
chaîne : complexe I, complexe II, ou directement le coenzyme Q (aussi appelé
ubiquinone ou simplement Q).
Le coenzyme Q va donner ses électrons au complexe III puis IV. C’est au niveau de
ce dernier qu’a lieu la réduction de l’O2 qui génère donc de l’H20 :
NADH + H+ + 1/2O2 → NAD+ + H2O
∆G°’= -220kJ/mole de NADH
La réaction, pour les deux électrons donnés par le NADH, est fortement exergonique,
tout comme celle de la formation de fumarate à partir du succinate, 6ème réaction du
cycle de Krebs, catalysée par la succinate déhydrogénase, et qui génère 1 FADH2
(∆G°’= -150kJ/mole de succinate).
Cette énergie libérée au cours du flux d’électrons dans la chaîne respiratoire sert au
pompage de protons H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire. Pour deux
électrons donnés au complexe I, 4 protons sont pompés par ce complexe, 4 aussi
par le complexe III et encore 2 par le complexe IV, soit au total 10 protons
pompés vers l’espace intermembranaire :
NADH + 11H+N + 1/2O2 → NAD+ + 10H+P + H2O
Ce pompage enrichit donc l’espace intermembranaire en protons (gradient chimique)
et en charges positives (gradient électrique : les charges positives P s’accumulent
47
dans l’espace intermembranaire, les charges négatives N dans la matrice). L’énergie
libérée par le flux d’électrons dans la chaîne respiratoire et la synthèse d’H2O à partir
d’O2 est conservée sous forme d’un gradient électrochimique.
Les protons vont ensuite passer spontanément de l’espace intermembranaire, où ils
se sont accumulés, vers la matrice mitochondriale, où leur concentration est plus
faible, au travers de l’ATP synthase : l’énergie du gradient électrochimique de proton
est utilisée pour générer des molécules d’ATP et d’H2O à partir d’ADP et de Pi :
ADP + Pi + nH+P → ATP + H2O + nH+N
En fait, le flux d’électron au travers de la chaîne de complexes est COUPLE à la
synthèse d’ATP par l’ATP synthase : si on bloque le flux d’électrons dans la chaîne
de complexes (cyanure ou monoxyde de carbone qui agissent au niveau de
complexe IV), la synthèse d’ATP est aussi bloquée. Plus surprenant, si on bloque la
synthèse d’ATP (antibiotiques toxiques comme l’oligomycine qui lie l’ATP synthase),
on bloque secondairement le flux d’électrons dans la chaîne de complexes. En effet,
si la synthèse d’ATP est bloquée, le gradient de protons entre la matrice et l’espace
intermembranaire augmente. Il arrive un moment où l’énergie libérée par le flux
d’électrons du NADH vers l’O2 n’est plus suffisante pour vaincre le gradient de
protons : l’énergie libérée par le flux d’électron est égale à l’énergie nécessaire pour
pomper les protons dans l’espace intermembranaire ; le système est à l’équilibre,
∆G=0 et le flux d’électrons stoppe dans la chaîne de complexes.
Des substances sont capables de découpler le flux d’électrons de la synthèse d’ATP :
ce sont des substances qui réduisent le gradient de protons (ex : en amenant des
protons spécifiquement dans la matrice : certains acides faibles) ou qui réduisent le
gradient électrique (ex : en amenant des ions chargés positivement dans la matrice :
certains ionophores).
DIA3 :
Quelques exemples de réactions oxydatives générant les transporteurs d’électrons
NADH ou du NADPH qui seront utilisés dans la synthèse d’ATP dans la mitochondrie.
La localisation de ces réactions dans la cellule est donnée.
DIA4 :
Le coenzyme Q (ou Q, ou ubiquinone) est le transporteur d’électrons central dans la
chaîne respiratoire. C’est une molécule hydrophobe et mobile présente, comme les
autres complexes, dans la membrane interne de la mitochondrie.
La forme oxydée (Q) peut accepter un électron et un proton (forme radical °QH).
Cette dernière peut encore accepter un électron et un proton (forme réduite QH2).
DIA5 :
Le complexe I (aussi appelé la NADH :ubiquinone oxydoréductase, ou la NADH
déhydrogénase) est composée de 43 sous-unités et contient une flavoprotéine à
FMN et au moins 6 protéines à centres Fer-Soufre (voir plus loin). Il a une forme en L.
Le complexe I catalyse 2 réactions simultanées, l’une exergonique (1) et l’autre
endergonique (2) :
(1)
NADH + H+ + Q → NAD+ + QH2
(2)
4H+N → 4H+P
(1 + 2)
NADH + 5H+N + Q → NAD+ + 4H+P + QH2
Le complexe I est donc une pompe à proton qui utilise l’énergie de transfert des
électrons du NADH sur le coenzyme Q : il fait circuler l’ion hydrure du NADH vers la
flavoprotéine, puis les deux électrons selon un chemin bien précis vers le coenzyme
48
Q. Quatre protons sont transférés vers l’espace intermembranaire pour deux
électrons circulant dans le complexe I.
La structure tridimentionnelle du complexe I a été déterminée.
Certains barbituriques (l’amytal), insecticides (la roténone) ou antibiotiques (la
piericidine A) bloquent le transfert des électrons du complexe I vers le coenzyme Q.
DIA6 :
Les protéines à centre Fer-Soufre contiennent un ou plusieurs atomes de Fer
associés soit au soufre inorganique (Si), soit au soufre de résidus cystéine de la
protéine, soit aux deux…
Un seul électron est transmis : Fe+++ + 1e- → Fe++
(Ion ferrique et ferreux)
DIA7 :
Le complexe II (ou succinate déhydrogénase) est l’enzyme qui contrôle la sixième
étape du cycle de Krebs (succinate vers fumarate). Il comporte 4 sous-unités, une
flavoprotéine à FAD, un hème b protecteur et 3 centres Fer-Soufre.
L’hème b ne participe pas directement au transfert d’électron, mais sert de protection
contre les électrons « égarés » dans ce complexe, empêchant la formation d’espèces
d’oxygène réactifs (ROS ou reactive oxygen species, comme l’H2O2 (ou peroxyde
d’hydrogène), et le radical superoxyde (°O2-) qui pourraient altérer les membranes,
les protéines ou l’ADN mitochondrial.
DIA8 :
Les cytochromes sont des protéines à groupes prosthétiques contenant un hème.
Chaque hème se compose d’une structure cyclique appelée porphyrine qui contient
un ion Fe+++ ou Fe++ central entouré de quatre azotes.
La mitochondrie contient 3 types de cytochromes différents : a, b et c.
Les hèmes c sont liés de manière covalente au cytochrome (via une Cys), au
contraire des hèmes a et b.
DIA9 :
Il existe deux autres pourvoyeurs d’électrons au coenzyme Q :
- l’acyl-CoA déhydrogénase, qui catalyse la première étape de la β oxydation des
acyl-CoA, enlève deux électrons et deux protons du substrat et les transfère à son
propre FAD. Ensuite, les électrons sont transférés de l’enzyme à « l’électrontransferring flavoprotein » (ETF), puis ensuite à l’ETF :ubiquinone oxydoréductase
qui les transfère à l’ubiquinone.
- la glycérol 3-phosphate déhydrogénase mitochondriale catalyse l’oxydation du
glycérol 3-P en dihydroxyacétone phosphate. Cette enzyme est ancrée sur la face
externe de la membrane interne de la mitochondrie et transfère les deux électrons
sur son propre FAD, ensuite directement sur le coenzyme Q (voir dia21).
DIA10 :
Le complexe III, aussi appelé complexe cytochrome bc1, ou l’ubiquinone/cytochrome
c oxydoréductase, assure le transfert des électrons de QH2 vers le cytochrome c
localisé dans l’espace intermembranaire. Ce complexe traverse la membrane interne
de la mitochondrie de part en part.
Il se compose de deux unités identiques, chacune composée d’un cytochrome b
(avec 2 hèmes : hème bL et hème bH)(vert sur la figure), d’une protéine à centre Fer-
49
Soufre (mauve sur la figure), d’un cytochrome c1 (avec un hème c1)(bleu foncé sur
la figure) et de 8 autres sous-unités (bleu clair). Les deux cytochromes b forment une
caverne dans la membrane interne de la mitochondrie et accueillent les deux sites de
liaisons au coenzyme Q : QP (versant positif de la membrane) et QN (versant négatif
de la membrane). Le cytochrome c1 est au sommet du complexe III et interagit avec
le cytochrome c.
DIA11 :
Le transfert des électrons au travers du complexe III est complexe. Le modèle du
cycle Q est présenté sur la figure.
Un premier QH2 se lie au site QP dans la caverne délimitée par les deux
cytochromes b dans la membrane. Il libère ses 2 électrons et ses 2 protons à ce site.
Ces derniers sont libérés dans l’espace intermembranaire et contribuent à
l’établissement du gradient de proton. Un des électrons est transféré au centre Fe-S,
puis à l’hème c1 qui le transmettra à l’hème c du cytochrome c situé dans l’espace
intermembranaire. Le second électron passe sur l’hème bL puis sur l’hème bH et
réduit le coenzyme Q présent au site QN pour former °Q-.
Un second QH2 arrive au site QP. Le premier électron et les deux protons suivent le
même chemin que décrit ci-dessus. Le second électron passe aussi sur l’hème bL
puis l’hème bH et arrive au site QN pour réduire °Q- afin de former, en présence de
deux protons venant de matrice, une molécule de QH2. Celle-ci sera libérée du site
QN et quitte le complexe III pour la membrane.
Les équations chimiques des deux phases du cycle Q sont présentées, de même
que l’équation finale. Pour deux électrons transférés de QH2 au cytochrome c, il a y
donc 4H+ transférés vers l’espace intermembranaire.
DIA12 :
Le cytochrome c assure le transport d’UN électron à la fois du complexe III vers le
complexe IV dans l’espace intermembranaire. Le complexe IV comporte 13 sousunités.
L’électron libéré par le cytochrome c lie le centre binucléaire Cu/Cu (ou CuA,
composé de deux ions Cu) qui forme un complexe avec deux atomes de Soufre
portés par deux Cystéines de la sous-unité II. L’électron passe ensuite à l’hème a,
puis à l’hème a3 qui a préalablement lié une molécule d’O2. L’hème a3 forme un
complexe binucléaire Fe/Cu avec un ion Cu (appelé CuB).
Il faudra 3 électrons en plus (donc au total 4 cytochromes c qui libèrent les uns à la
suite des autres 4 électrons) pour réduire totalement une molécule d’O2 en présence
de 4H+ pour former 2 molécules d’H2O. Le complexe IV utilise l’énergie libérée par
cette réaction redox pour faire passer 4H+ de la matrice vers l’espace
intermembranaire (un H+ par électron).
L’équation chimique au niveau du complexe IV est :
4 cytochromes c (réduits) + 8H+N + O2 → 4 cytochromes c (oxydés) + 4H+P + 2H2O
DIA13 :
L’équation chimique est présentée pour chaque NADH qui libère 2 électrons : 10 H+
sont transférés vers l’espace intermembranaire, participant à la formation du gradient
de H+.
50
DIA14 :
Lorsque le complexe I passe ses électrons au coenzyme Q ou lorsque le coenzyme
Q passe ses électrons au complexe III, il y a formation d’un intermédiaire °Q -, où un
seul électron a été capté par le coenzyme Q ou libéré par celui-ci. °Q- peut, avec une
faible probabilité, passer son électron à l’O2 pour former °O2-, le radical libre
superoxyde, très réactif. Ce dernier peut mener à la production du radical libre
hydroxyl °OH- encore plus réactif, capable d’altérer par oxydation des lipides
membranaires, des protéines ou les acides nucléiques. Il existe heureusement dans
la mitochondrie un mécanisme de défense contre la production du radical
hydroxyl très réactif: production d’H2O2 (peroxyde d’hydrogène) par l’action de la
superoxyde dismutase : 2°O2- + 2H+ → H2O2 + O2. Ensuite, la gluthation
peroxydase catalyse la transformation de l’H2O2 en H2O en présence de gluthation
réduit (GSH).
Chaque gluthation réduit (GSH) peut donner un électron et un proton soit à l’H2O2
(pour former de l’H2O) soit aux protéines oxydées ayant formé des ponts disulfures
S-S (pour régénérer des protéines et enzymes actifs SH/SH).
Le gluthation oxydé GS-SG est régénéré en gluthation réduit GSH/GSH en présence
de NADPH. Ce dernier est produit dans la mitochondrie par l’action de la
nicotinamide nucléotide transhydrogénase qui catalyse le transfert d’électrons et de
protons du NADH vers le NADP+, formant donc du NADPH.
DIA15 :
L’ATP synthase est composée de 2 unités : F0 et F1. F0 (0 pour 0ligomycine, un
poison qui inhibe cette unité de la synthase) est essentiellement ancré dans la
membrane interne de la mitochondrie alors que F1 est présent dans la lumière de la
matrice mitochondriale.
L’unité F0 se compose de 3 sous-unités différentes : a, b et c. Chaque ATP synthase
comporte 1a, 2b et 10-12c. Les 10-12 sous-unités c sont organisées en barillet de
revolver mobile où les protons venant de l’espace intermembranaire sont chargés
comme des cartouches par la sous-unité a qui est, elle, immobile. Les deux sousunités b, immobiles aussi, sont adossées à la sous-unité a et maintiennent la
couronne (α3, β3) de l’unité F1 fixe dans la matrice mitochondriale.
En fait, on peut comparer cette unité F0 à un « moulin à protons » dont la roue à
aubes est composée des 10-12 sous-unités c. Un proton provenant de l’espace
intermembranaire est canalisé par la sous-unité a pour aboutir dans une des sousunités c. Le chargement du proton sur la sous-unité c entraîne, comme l’eau d’un
moulin, une légère rotation de la roue à aubes (le barillet C10-12), et la présentation
de la sous-unité c suivante à la sous-unité a. La sous-unité a non seulement charge
les protons un à un sur les sous-unités c, mais elle les décharge de ces sous-unités c
aussi : après un tour de roue dans une sous-unité c, le proton qui avait été chargé
est retiré par la sous-unité a et passe dans la matrice mitochondriale.
L’unité F1 est composée de 5 sous-unités différentes : α, β, γ, δ et ε. Les sous-unités
ε et γ sont uniques et forment un axe inséré dans la roue à aubes/barillet des sousunités c de F0 ; cet axe émerge dans la lumière de la matrice dans une couronne fixe
formée par les 3 sous-unités α et les 3 sous-unités β. Cette couronne est maintenue
immobile dans la matrice car elle est fixée par les deux sous-unités b de F0 et la
sous-unité δ de F1.
Donc, comme dans un moulin à eau, les protons de l’espace intermembranaire qui
pénètrent dans la sous-unité a vont « pousser » la roue à aubes/barillet de sousunités c, entraînant la rotation de l’axe εγ dans la couronne de sous-unités αβ. L’axe
51
εγ, en une rotation complète, va entrer en contact successivement avec chacune des
3 sous-unités β, les sites catalytiques de l’ATP synthase. Le contact de l’axe avec
une sous-unité β modifie sa conformation et la rend incapable de fixer l’ATP généré
au stade précédent.
DIA16 :
La couronne de sous-unités αβ est organisée en 3 paires αβ qui sont 3 sites de
liaison aux nucléotides ADP et ATP.
Dans le premier site αβ, la conformation de la sous-unité β favorise la liaison – faible
- de l’ADP et du Pi.
Dans le second site, une autre conformation de la sous-unité β favorise la liaison –
extrêmement forte - de l’ATP.
Dans le dernier site, le site vide, une troisième conformation de la sous-unité β est
induite par le contact avec l’axe εγ (flèche verte), ce qui provoque l’éjection de la
molécule d’ATP du site dans la matrice (liaison nulle).
Les deux autres conformations des sous-unités β des sites à faible (ADP + Pi) et
forte (ATP) affinités sont en partie la conséquence du contact de l’axe à la troisième
sous-unité β.
Il faut que 3 protons soient engagés dans l’ATP synthase pour produire 1 ATP.
DIA17 :
Dans une réaction endergonique classique (ex : synthèse d’ATP et d’H2O à partir
d’ADP et de Pi en solution), la principale barrière énergétique est constituée par l’état
de transition (‡) qu’il faut atteindre, situé entre les substrats et les produits
réactionnels.
La caractéristique majeure de l’ATP synthase est de rendre REVERSIBLE la réaction
de synthèse de l’ATP et d’H2O à partir de l’ADP et du Pi. La variation d’énergie libre
de Gibbs entre produits et substrats devient quasi nulle lorsque cette réaction est
effectuée dans les sites catalytiques de cette enzyme. La barrière énergétique n’est
plus d’atteindre un état de transition, mais est l’expulsion de l’ATP fermement lié au
site catalytique de l’ATP synthase. L’énergie apportée par le flux de protons entrant
dans le cylindre de F0 qui entraîne la rotation de l’axe sert donc à expulser la
molécule d’ATP fermement liée à l’enzyme hors du site catalytique de F1 vers la
matrice mitochondriale.
DIA18 :
Le contact de l’axe avec la sous-unité β de la couronne de F1 qui lie l’ATP avec une
très forte affinité (Kd < 10-12 M) entraîne un changement de conformation de cette
sous-unité ; il en résulte une absence d’affinité pour l’ATP, ce qui libère l’ATP du site
catalytique dans la matrice.
Le contact de l’axe avec cette sous-unité β entraîne aussi un changement de
conformation des deux autres sous-unités β :
- celle qui liait l’ADP et le Pi avec une faible affinité (Kd = 10-5 M) a maintenant
adopté la conformation ayant une très forte affinité pour l’ATP (Kd < 10 -12). Cette
différence d’affinité de la sous-unité β pour l’ADP et l’ATP correspond à une
différence d’énergie de liaison de ~40kJ/mole et conduit à un équilibre de la réaction
biochimique (et même légèrement en faveur de la synthèse d’ATP). C’est donc le
changement de conformation de la sous-unité β qui entraîne la très forte affinité du
site catalytique pour l’ATP et sa très forte stabilisation dans ce site ;
52
- celle qui était vide adopte une configuration avec une faible affinité pour l’ADP et le
Pi, permettant leur liaison à partir de la matrice.
DIA19 :
Souvenons-nous que la membrane interne de la mitochondrie est imperméable. Ici
sont présentés les mécanismes par lesquels les substrats et produits de la réaction
de synthèse de l’ATP sont transportés dans et hors de la matrice mitochondriale :
antiporteur pour l’ADP3- et l’ATP4-, et symporteur pour Pi et un proton.
L’antiporteur expulse 1ATP4- et fait rentrer 1ADP3-, soit une sortie nette d’une charge
négative de la matrice vers l’espace intermembranaire. Comme le gradient de
protons génère un gradient électrique dont la charge nette est positive dans l’espace
intermembranaire, c’est ce gradient électrique qui assure l’énergie du transport de
l’ATP et de l’ADP.
Le symporteur assure le passage d’un ion H2PO4- (l’ion dihydrogénophosphate)
avec un H+ de l’espace intermembranaire vers la matrice. Ici, c’est le gradient
chimique qui fournit l’énergie pour ce transport vers la matrice.
Le bilan de la synthèse s’établit comme ceci :
3H+ sont nécessaires pour la synthèse d’1ATP par l’ATP synthase. Il faut ajouter un
autre H+ pour le transport du Pi (sous forme d’ion H2PO4-), soit 4H+ pour 1ATP.
1NADH fournit 2 électrons qui font passer 10H+ de la matrice vers l’espace
intermembranaire, et qui génèrent donc 10/4 = 2,5 ATP
1 succinate/FADH2 fournit 2 électrons qui font passer 6 H+ de la matrice vers
l’espace intermembranaire, et qui génèrent donc 6/4 = 1,5 ATP.
DIA20 :
La membrane interne de la mitochondrie est imperméable au NADH. La navette
malate-aspartate assure donc le transfert des équivalents réducteurs portés par le
NAD+ du cytosol (où a lieu la glycolyse) vers la matrice. Cette navette fonctionne
dans le foie, le rein et le cœur. Dans la matrice, les 2 électrons seront finalement
transférés au complexe I, assurant le passage de 10 H+ de la matrice vers l’espace
intermembranaire.
DIA21 :
Dans le cerveau et le muscle squelettique, un autre mécanisme assure le transfert
des deux électrons du NADH produit dans le cytosol (ex : glycolyse) directement sur
le coenzyme Q.
Dans un premier temps, la réduction du dihydroxyacétone phosphate par la glycérol
3-P deshydrogénase cytosolique en présence d’un NADH + H+ produit dans le
cytosol (ex : glycolyse) entraine la formation de glycerol 3-P. Ce glycérol 3-P passe
ensuite dans l’espace intermembranaire de la mitochondrie où il est pris en charge
par la glycérol 3-phosphate deshydrogénase mitochondriale ancrée à la face externe
de la membrane interne de la mitochondrie (voir Dia 9). La réaction de production du
dihydroxyacétone phosphate à partir du glycérol 3-P a lieu, mais cette fois c’est le
FAD qui accepte les 2 électrons et les deux protons. Le FADH2 libère ses deux
électrons et ses deux protons sur le coenzyme Q, assurant donc le passage de 6 H+
de la matrice vers l’espace intermitochondrial.
DIA22 :
53
La quantité d’ATP générée par l’oxydation complète d’une molécule de glucose en
condition aérobie et lors de la fermentation lactique est donnée, de même que celle
générée par l’oxydation complète du palmitoyl-CoA (16 :0).
DIA23 :
Dans les conditions d’hypoxie sévère, c'est-à-dire de déprivation d’oxygène (ex :
infarctus du myocarde), les cellules utilisent surtout la glycolyse (car augmentation de
l’expression de HIF-1, l’hypoxia-inducible transcription factor-1) ET la fermentation
lactique (le pH diminue) pour produire de l’énergie. Le transfert des électrons sur l’O2
pour former de l’H2O dans la mitochondrie n’est plus possible, faute d’oxygène. Ceci
entraîne
- la formation exagérée de radicaux libres de l’oxygène (°O2- et °OH) ;
- l’arrêt de la pompe à protons, une diminution du gradient de protons et donc de la
production d’ATP par l’ATP synthase. Pour éviter que dans ces conditions, l’ATP
synthase ne fonctionne « à l’envers » (c'est-à-dire qu’elle hydrolyse de l’ATP en ADP
+ Pi pour rétablir le gradient de protons !!), un inhibiteur de l’ATP synthase, IF1 (pour
Inhibitor of F1), dimérise et vient coupler deux F1, et inhibe donc toute activité de
l’ATP synthase. Le retour à une pression partielle d’O2 normale entraîne une
normalisation du pH, une dissociation du dimère d’IF1 en monomère et le retour à la
synthèse d’ATP.
DIA24 :
L’ATP, le NADH et l’ADP régulent l’activité de la voie de la glycolyse et du cycle de
Krebs ainsi que le flux d’électrons dans la chaîne respiratoire, et donc la
consommation d’O2.
Seuls l’ADP et le Pi régulent directement le flux d’électrons dans la chaîne
respiratoire, la consommation d’O2 et la production d’ATP.
DIA25 :
Le tissu adipeux brun est un tissu adipeux particulier : il n’est souvent présent en
grandes quantités qu’au début de la vie chez les mammifères ; les adipocytes qui le
composent sont riches en mitochondrie (et donc en cytochromes), et ce tissu
apparaît donc brun et non jaune/blanc.
Ces adipocytes expriment des protéines spécifiques dans la membrane interne de
leurs mitochondries: les protéines découplantes UCP1, UCP2 et UCP3 (ou
UnCoupling Proteins, UCP). Ce sont des pores à protons qui permettent à ceux-ci de
retourner directement vers la matrice sans générer d’ATP dans l’ATP synthase. La
production d’ATP est court-circuitée et l’énergie du gradient de protons est
transformée en chaleur. C’est cette chaleur qui permet au nourrisson (ou à l’ours) de
conserver une température adéquate en début de vie (ou pendant l’hivernation).
UCP1, UCP2 et UCP3 sont présentes dans l’adipocyte ; UCP2 est exprimée dans
une grande variété de tissus et UCP3 dans le tissu adipeux et le muscle squelettique.
54
CHAPITRE 9 : BIOSYNTHESE DES LIPIDES (I) :
DIA1 :
Ce chapitre porte sur les voies de biosynthèse des lipides. L’étude portera sur la
synthèse des deux grandes classes de lipides : les acides gras et le cholestérol, ainsi
que sur les lipides dont ils sont les précurseurs ou les constituants : triacylglycérol et
phospholipides (acides gras), et stéroïdes dont les hormones sexuelles, les sels
biliaires et les hormones de la glande surrénale (cholestérol).
Ces biosynthèses nécessitent une consommation importante d’ATP (processus
endergonique) et de molécules donneuses d’électrons et de protons (souvent le
NADPH).
DIA2 :
Les lipides dont nous allons décrire la synthèse participent à de nombreux processus
physiologiques dans l’organisme :
Stock d’énergie (triacylglycérol), constituants des membranes cellulaires
(phospholipides, cholestérol), pigments (carotène, composés jouant un rôle important
lors de la photosynthèse), cofacteurs (vitamine K), détergents (sels biliaires),
transporteurs (dolichols : transport et transfert de mono et d’oligosaccharides,
ancrage membranaire), hormones (vitamine D, hormones sexuelles), messagers
intracellulaires (phosphatidylinositol), ancrage de protéines dans les membranes
(acides gras, phosphatidylinositol).
DIA3, 4 et 5 :
La biosynthèse des acides gras procède tout à fait différemment que leur
catabolisme par oxydation : les enzymes sont différents, le compartiment cellulaire
aussi (le cytoplasme versus la mitochondrie), de même que l’unité de base qui est ici
le malonyl-CoA.
Ce malonyl-CoA est synthétisé à partir de l’acétyl-CoA par l’acétyl-CoA carboxylase.
C’est une réaction irréversible, consommatrice d’un ATP.
L’enzyme comporte 3 régions fonctionnelles distinctes :
- la première (1) porte une biotine liée de manière covalente à une Lysine de
l’enzyme.
- la seconde région (site 2 : biotine carboxylase) catalyse le transfert d’un groupe
carboxyl qui dérive du HCO3- sur un azote de la biotine (= carboxybiotine), et ceci en
présence d’ATP. Le bras flexible de la biotine transfère ensuite ce CO2 activé vers le
second site catalytique de l’enzyme.
- la troisième région (site 3 : transcarboxylase) catalyse le transfert du CO2 sur un
acétyl-CoA, formant le malonyl-CoA. Ce malonyl-CoA est l’unité de base de la
synthèse des acides gras
DIA6 :
La synthase est l’enzyme qui catalyse la synthèse des acides gras ; chez les
vertébrés, elle est constituée d’un seul polypeptide contenant 7 régions
fonctionnelles distinctes. La synthase est un homodimère : 2 polypeptides identiques
sont associés l’un à l’autre. La dia ne représente qu’un des deux polypeptides, sous
sa forme tridimentionnelle (sup) et linéaire (inf).
Les 7 régions fonctionnelles sont :
KS pour β céto acyl ACP synthase
MAT pour malonyl/acetyl-CoA-ACP transferase
DH pour β hydroxy acyl-ACP dehydratase
55
ER pour enoyl-ACP reductase
KR pour β céto acyl-ACP reductase
ACP pour acyl carrier protein (protéine porteuse d’acyl)
TE : thio esterase
DIA7 :
La région ACP (Acyl Carrier Protein) porte un groupe prosthétique lié de manière
covalente à une de ses Sérines : le 4’-phospho pantetheine, constitué notamment
d’acide pantothénique (cf Coenzyme-A). Ce groupe prosthétique possède un groupe
thiol SH à son extrémité ; ce SH va accepter un groupe malonyl et le balader sur le
reste de l’enzyme comme un bras flexible.
Un second groupe thiol SH est présent dans la région KS.
DIA8 :
La synthase est représentée en forme de S avec ses 6 régions. La région TE n’est
pas représentée sur le schéma : c’est elle qui libère le produit final des réactions
successives : le palmitate (un acide gras saturé à 16 carbones, ou 16 :0). A chaque
étape, la région active est en couleur.
La synthèse commence par le chargement d’un acétyl de l’acétyl-CoA sur KS par
MAT en deux temps : d’abord sur l’ACP (non montré) puis ensuite sur KS.
DIA9 :
Le premier malonyl est ensuite chargé sur l’ACP par MAT également.
DIA10 :
KS catalyse ensuite deux réactions: une décarboxylation du malonyl suivie d’un
transfert de l’acétyl de KS vers l’ACP, et d’une condensation pour former de l’acétoacétyl-ACP.
Une molécule de CO2 est produite : c’est la même molécule de CO2 qui a été
ajoutée à l’acétyl-CoA lors de la formation du malonyl-CoA dans l’étape SAG1.
L’acétyl porté par KS est donc transféré sur le malonyl après décarboxylation.
Cette réaction couplée est fortement exergonique, donc irréversible. La raison de
l’ajout (avec consommation d’un ATP) puis du retrait du même CO2 au cours des
réactions SAG1 et SAG2 est que la condensation simple de deux acétyl-CoA (ou de
deux groupes acyls) est fortement endergonique (voir β oxydation des acides gras où
la lyse en deux acétyl-CoA est fortement exergonique). De cette manière, la réaction
est thermodynamiquement favorable.
Les deux derniers carbones de la chaîne en cours d’élongation proviennent donc de
l’acétyl. Tous les autres proviendront du malonyl. Donc, les C15 et C16 du futur
palmitate 16 :0 seront dérivés de l’acétyl.
DIA11 :
La réaction suivante est une réduction du groupe carbonyl sur C3 par KR pour former
du D-β-hydroxybutyryl-ACP. Le donneur d’électrons et de protons est le NADPH.
DIA12 :
La réaction suivante est une déshydratation en C2-C3 par DH.
DIA13 :
56
La réaction suivante est une réduction par ER de la double liaison en C2-C3 (=
saturation). Le NADPH est à nouveau le donneur d’électrons.
DIA14 :
La réaction suivante est le transfert du butyryl de l’ACP sur KS par KS. Un cycle est
terminé.
DIA15 :
Le second cycle commence par le chargement du second malonyl sur l’ACP par
MAT et formera un acyl à 6 carbones (4 provenant des deux malonyl et les 2 derniers
de l’acétyl). Sept cycles sont nécessaires au total pour former le palmitate à 16
carbones.
DIA16 :
A la fin du septième cycle généralement, pour des raisons encore peu claires, le
domaine TE (thioestérase), en présence d’H20, libère le palmitate et régénère la
synthase qui peut reprendre un cycle complet de synthèse.
DIA17 :
Les équations chimiques de la synthèse du palmitate sont :
1. Synthèse de 7 malonyl-CoA :
7 acétyl-CoA + 7CO2 + 7ATP → 7 malonyl-CoA + 7ADP + 7Pi
2. Synthèse d’un palmitate :
acétyl-CoA + 7 malonyl-CoA + 14 NADPH + 14H+ →
palmitate + 7CO2 + 8CoA + 14NADP+ + 6H2O
NB : une molécule d’H2O est consommée pour la libération du palmitate de l’enzyme
par la région TE (7 – 1 = 6)
1+2:
8 acétyl-CoA + 7ATP + 14NADPH + 14H+ →
palmitate + 8CoA + 7ADP + 7Pi + 14NADP+ + 6H2O
Nous verrons plus loin que les acétyl-CoA doivent être transportés de la mitochondrie
vers le cytoplasme où a lieu la synthèse, ce qui consomme 2ATP par acétyl-CoA
transporté ; la synthèse de palmitate consomme donc au final 3ATP par unité de 2
carbones, soit 24ATP par molécule de palmitate. Mais c’est un acétyl-CoA qui est
chargé en premier sur la synthase, pas un malonyl-CoA. Donc, 24 – 1 = 23 ATP
consommés.
DIA18 :
Les sources de NADPH pour la synthèse des acides gras sont la voie du pentose
phosphate et l’enzyme malique.
- L’enzyme malique génère du pyruvate par décarboxylation du malate dans le
cytosol ; le pyruvate généré rejoint ensuite la mitochondrie.
- La voie du pentose phosphate est située dans le cytosol.
Le cytosol a donc un rapport NADPH/NADP+ très élevé (75 dans le cytosol des
hépatocytes), et c’est justement dans le cytosol que la synthèse des acides gras se
déroule.
57
A l’inverse, le rapport NADH/NAD+ est très faible dans le cytosol (hépatocyte : 8 x 104
). Ce rapport est beaucoup plus élevé dans la mitochondrie, où les NADH
convergent pour donner leurs électrons à la chaîne respiratoire et à l’O2.
La synthèse d’acides gras est très élevée dans les adipocytes, les hépatocytes et la
glande mammaire en cours de lactation.
DIA19 :
La source d’acétyl-CoA cytosoliques pour la synthèse des acides gras sont les
acétyl-CoA produits dans la mitochondrie qui proviennent du pyruvate (généré lors
de la glycolyse, pyruvate dehydrogénase) et du catabolisme du squelette carboné
des acides aminés.
La membrane externe de la mitochondrie est perméable à tous ces métabolites, mais
pas l’interne. Un système de navette permet de transporter un acétyl-CoA pour 2ATP
consommés. Il n’y a pas de transporteur d’oxaloacétate dans la membrane interne de
la mitochondrie.
La pyruvate carboxylase est la première enzyme de la voie de la gluconéogénèse ; la
citrate synthase est la première enzyme du cycle de Krebs.
La quasi-totalité du malate généré dans le cytosol est transformé en pyruvate qui
retourne dans la mitochondrie via son transporteur, générant au passage une
molécule de NADPH servant de substrat dans la synthèse des acides gras.
DIA20 :
La synthèse des acides gras est régulée principalement au niveau de l’acétyl-CoA
carboxylase qui génère le malonyl-CoA dans le cytosol.
Le produit final de la réaction de synthèse, le palmitoyl-CoA est une effecteur
allostérique négatif puissant de l’enzyme.
Au contraire, lorsque les concentration d’acétyl-CoA et d’ATP sont élevées dans la
mitochondrie (signant un état de pléthore énergétique), du citrate est produit dans la
mitochondrie à partir de l’acétyl-CoA. Le citrate quitte la mitochondrie pour le cytosol,
où il est transformé en acétyl-CoA. Dans le cytosol, le citrate est un effecteur
allostérique positif de l’acétyl-CoA carboxylase, et négatif de la phosphofructokinase1, une enzyme clé de la glycolyse. Donc, la glycolyse est ralentie, et la synthèse des
acides gras est activée.
Les états de jeûne (glucagon) et de stress (adrénaline) inhibent l’enzyme par
phosphorylation (AMP cyclique, PKA qui phosphoryle l’enzyme) et donc la synthèse
d’acides gras. L’état nourri (insuline) active la citrate lyase cytosolique et la synthèse
d’acides gras.
Souvenons-nous que le malonyl-CoA produit au cours de la synthèse des acides
gras inhibe très fortement la carnitine-acyltransférase de type 1, bloquant l’entrée des
acyl-CoA dans la mitochondrie et la β-oxydation de ceux-ci. Cette régulation négative
de la β-oxydation par le malonyl-CoA empêche la mise en route d’un cycle futile :
production cytosolique des acides gras-catabolisme mitochondrial des acides gras.
DIA21 :
Les acides gras à chaînes > 16C sont synthétisés dans le réticulum endoplasmique
lisse et la mitochondrie à partir du palmitoyl-CoA comme précurseur. Les systèmes
d’élongation utilisent aussi dans ces deux organelles le malonyl-CoA comme
donneur de deux carbones et les étapes de condensation, réduction, déshydratation
et réduction, comme dans le cytosol.
58
Les acides gras linoléate (18 :2 (∆9,12)) et α-linolénate (18 :3 (∆9,12,15)) ne sont pas
synthétisés dans la cellule animale, mais bien dans la cellule végétale. Ils sont
essentiels, car précurseurs d’acides gras très importants, dont l’acide arachidonique
(voir ci-dessous). Ils doivent donc être présents en suffisance dans l’alimentation
(plante) pour le bon fonctionnement de l’organisme.
Le nombre et la localisation (∆) des doubles liaisons dans les acides gras sont définis
à partir du COOH (= carbone 1) : voir cours de BAC2 du Prof. F. Bureau.
DIA22 :
La désaturation des acides gras intervient dans le réticulum endoplasmique lisse,
sous l’action d’une acyl-CoA désaturase, en présence de cytochrome b5 et de
cytochrome b5 reductase (une flavoprotéine), d’O2 et de NADPH + H+, qui fournit 2
électrons et 2 H+. La ligne bleue indique le chemin parcouru par les 2 électrons et les
2 protons libérés par le NADPH + H+.
Les deux acides gras monoinsaturés les plus fréquents qui sont synthétisés dans la
cellule animale sont le palmitoléate (16 :1 (∆9), précurseur : palmitate 16 :0) et
l’oléate (18 :1 (∆9), précurseur : stéarate : 18 :0). Ils possèdent tous les deux une
double liaison entre le C9 et C10.
L’hépatocyte n’est pas capable d’introduire de double liaison au-delà du C10. Il ne
synthétise donc pas les acides gras linoléate et α-linolénate, précurseurs de
molécules importantes dont l’acide arachidonique. Les plantes, par contre, sont
capables de cette synthèse.
59
CHAPITRE 10 : BIOSYNTHESE DES LIPIDES (2) et VITAMINES LIPOSOLUBLES
DIA1 :
La très grande majorité des acides gras synthétisés dans la cellule ou provenant de
l’alimentation servent à la synthèse de triacylglycérols (ou triglycérides, stock
d’énergie) ou de phospholipides (constituant principal des membranes).
Le tableau reprend les sources d’énergie disponibles chez un homme adulte de 70kg
au début d’un jeûne : les triacylglycérols constituent la source principale d’énergie,
capables à eux seuls de fournir l’énergie pendant ~11 semaines. Au contraire, le
glycogène hépatique et musculaire ne peuvent fournir l’énergie que pendant ~12
heures ! Les protéines musculaires, elles, prennent une place intermédiaire entre les
triacylglycérols et le glycogène.
Les triacylglycérols sont aussi les molécules les plus énergétiques : 39 kJ/g.
Enfin, n’oublions pas que l’excès d’hydrates de carbone et de protéines alimentaires
sert aussi de base dans le foie à la synthèse d’acides gras puis de triacylglycérols qui
seront ensuite exportés et stockés dans le tissu adipeux. Cette synthèse d’acides
gras et de triacylglycérols dans le foie est favorisée par l’insuline sécrétée suite au
repas.
DIA2 et 3 :
La synthèse des triacylglycérols dans le foie et le tissu adipeux commence par celle
du glycérol 3-P et du diacylglycérol 3-P. Le glycérol 3-P est principalement généré
par l’action de la glycérol 3-P déhydrogénase sur le dihydroxyacétone phosphate
provenant de la glycolyse, en présence de NADH + H+ (!) Une petite fraction du
glycérol 3-P provient directement de la phosphorylation du glycérol dans le foie et le
rein (glycérol kinase). Le glycérol 3-P subit ensuite l’ajout successif de deux acides
gras sur les carbones 1et 2, générant le diacylglycérol 3-P, ou acide phosphatidique.
DIA4 :
Le diacylglycérol 3-P est ensuite déphosphorylé sur son C3, puis le 3ème acide gras
est ajouté sur ce carbone, générant un triacylglycérol. Notons que la même voie de
synthèse est utilisée pour produire différents glycérophospholipides, où une sérine,
une choline ou un éthanolamine est ajouté sur le phosphate porté par le C3 du
diacylglycérol 3-P pour générer le phosphatidylsérine, le phosphatidylcholine et le
phosphatidylethanolamine.
DIA5 :
La synthèse et la dégradation des triacylglycérols dans le foie et le tissu adipeux sont
soumises à un contrôle hormonal strict : la synthèse est favorisée par la présence
d’insuline, et la dégradation par la présence de glucagon ou d’adrénaline.
Mais en réalité, ce n’est pas si simple : il existe en effet un cycle des triacylglycérols
entre le tissu adipeux et le foie au cours duquel la synthèse et la dégradation des
triacylglycérols sont continues, même en période de jeûne.
On estime en effet que même dans cette dernière condition, ~75% des acides gras
libérés lors de la lipolyse des triacylglycérols sont directement réestérifiés en
triacylglycérols. C’est donc une sorte de cycle futile des triacylglycérols qui s’installe,
cycle dont on ne comprend pas encore le but exact de la synthèse et de la
dégradation simultanée.
Une des hypothèses est que ce processus de synthèse et de dégradation continue et
simultanée permettrait, en cas de stress important (adrénaline) d’avoir une plus
grande quantité d’acides gras déjà mobilisés, par rapport à un état où la lipolyse
60
devrait être activée de zéro à partir du triacylglycérol pour les mobiliser. La quantité
d’acides gras rapidement disponibles est donc plus grande dans ce cas-ci.
Les triacylglycérols stockés dans le tissu adipeux sont donc lysés, libérant des acides
gras et du glycérol. La majorité des acides gras est directement utilisée pour
resynthétiser des triacylglycérols dans le même organe, même en période de jeûne.
Le reste quitte le tissu adipeux et gagne la circulation sanguine. Une fraction des
acides gras est captée par les tissus périphériques tels les muscles, y subit une
oxydation et sert donc de source d’énergie dans ces tissus. Une autre fraction des
acides gras gagne le foie et participe à la synthèse de triacylglycérols qui seront
libérés dans le sang sous forme de lipoprotéines. Ces lipoprotéines subissent l’action
de lipoprotéines lipases au niveau des capillaires du tissu adipeux, libérant les acides
gras qui sont captés par le tissu adipeux. Ces acides gras participent à nouveau à la
synthèse de triacylglycérols dans le tissu adipeux.
La source de glycérol 3-P nécessaire à la synthèse des triacylglycérols en période
de jeûne (glycolyse inactive, cf DIA1…) dans le foie et le tissu adipeux est le
pyruvate. Dans le foie, le pyruvate sert de substrat dans la gluconéogénèse
hépatique et permet la production de dihydroxyacétone phosphate, un des
intermédiaires dans la synthèse du glucose et précurseur du glycérol 3-P. Dans le
tissu adipeux, il n’y a pas de gluconéogénèse complète : le pyruvate est transformé
en dihydroxyacétone phosphate puis glycérol 3-P par les mêmes enzymes que dans
le foie. Mais ici, la synthèse s’arrête au glycérol 3-P et n’aboutit jamais à la synthèse
complète de glucose, comme dans le foie.
Le glycérol libéré lors de la lipolyse dans le tissu adipeux ne peut pas servir
directement à la synthèse de glycérol 3-P, car le tissu adipeux n’exprime pas de
glycérol kinase (expression limitée au foie et au rein, voir plus haut).
DIA6 :
La synthèse des (glycéro)phospholipides chez les eucaryotes procède par deux
stratégies différentes selon le produit final. Cette synthèse a lieu dans le réticulum
endoplasmique lisse et la membrane interne de la mitochondrie.
- Dans la première stratégie, le diacylglycérol 3-P (ou acide phosphatidique) est
activé par du CTP (Cytidine TriPhosphate) pour former du CDP-diacylglycérol et du
PPi. Ce composé intermédiaire est ensuite attaqué par le groupe spécifique (« Head
Group » ou HG), créant une liaison phosphodiester entre le diacylglycérol et le
groupe spécifique, formant donc un phospholipide et libérant du CMP.
- Dans la stratégie 2, c’est le groupe spécifique HG qui est activé par le CTP pour
former du CDP-Head Group et du Pi. Le diacylglycérol subit ensuite l’attaque de cet
intermédiaire pour former le phospholipide et libérer du CMP.
DIA7 :
Pour information, quelques exemples de phospholipides qui empruntent la stratégie
de synthèse 1 et 2 chez les mammifères, ainsi que la structure de leur groupe
spécifique (Head Group).
DIA8 :
L’activation de la phospholipase A2 ou de la phospholipase Cβ entraîne la libération
d’acide arachidonique, un acide gras polyinsaturé à 20 carbones, retiré du C2 de
phospholipides ou de diacylglycérol membranaires. Cet acide arachidonique est le
précurseur des éicosanoïdes. Ceux-ci sont formés par l’action de deux types
d’enzymes : les cycloxygénases (Cox), produisant les prostaglandines, et les
61
lipoxygénases, produisant les leucotriènes. Ces composés, une fois synthétisés, sont
libérés dans l’espace extracellulaire et agissent sur les cellules via des récepteurs
spécifiques. Ces synthèses ont lieu dans le réticulum endoplasmique lisse.
La synthèse de prostaglandine H2 (PGH2) se fait en deux temps par la Cox : une
étape de cycloxygénation, qui mène à la production de PGG2 et une étape de
peroxydation. Ensuite, différents composés sont synthétisés à partir de la PGH2 :
prostaglandines et thromboxanes divers.
Il existe deux isoformes de la Cox, encodés par des gènes différents : Cox1 et Cox2.
La Cox1 conduit à la synthèse de PG responsables notamment de la production de
mucine protectrice de la paroi de l’estomac ; la Cox2 conduit notamment à la
synthèse de PG impliquées dans l’inflammation : douleur (dolor), fièvre (calor),
vasodilatation (rugor) et tuméfaction (tumor).
L’aspirine (ou acétylsalicylate) et d’autres molécules (anti-inflammatoires non
stéroïdiens ; ibuprofen) sont des inhibiteurs non spécifiques mais irréversibles de
l’activité cycloxygénase des Cox, d’où leurs effets bénéfiques (sur inflammation) et
secondaires (lésions de la paroi de l’estomac : ulcères). L’aspirine agit par
acétylation d’un résidu Sérine du site actif des enzymes Cox.
L’administration journalière de petites quantités d’aspirine entraîne la diminution de la
production de thromboxanes par les plaquettes sanguines ; ces thromboxanes sont
impliqués dans l’agrégation plaquettaire et la vasoconstriction ; c’est donc un
traitement de fond des patients à risque de thromboses, d’accidents vasculaires
cérébraux et d’infarctus du myocarde.
DIA9 :
Les leucotriènes sont produits par l’action des 5- et 12-lipoxygénases sur l’acide
arachidonique. De multiples composés sont ensuite produits, et ceci dans de
nombreux tissus (leucocytes, cerveau, cœur, poumons,…). Ces deux enzymes ne
sont pas inhibés ni par l’aspirine ni par les anti-inflammatoires non stéroïdiens.
Les leucotriènes sont libérés dans l’espace extracellulaire et agissent sur des
récepteurs spécifiques ; ils sont impliqués notamment dans le chimiotactisme des
leucocytes (infections) et la contraction des fibres musculaires lisses des bronches
(asthme).
DIA10 :
Le cholestérol est bien connu pour son association, lorsqu’il est présent dans la
circulation sanguine en trop grande quantité, avec une augmentation de l’incidence
des maladies cardiovasculaires. Mais c’est aussi (et surtout) un composant essentiel
des membranes cellulaires et un précurseur pour les hormones stéroïdes et les sels
biliaires. Sa synthèse a lieu principalement dans les hépatocytes.
Elle procède en 4 grandes étapes à partir de l’acétyl-CoA :
- condensation de 3 acétyl-CoA en mévalonate
- conversion du mévalonate en isoprène activé
- polymérisation de 6 isoprènes en squalène et
- cyclisation du squalène en cholestérol.
Seules les structures chimiques des étapes 1-3 et du produit final, le cholestérol,
devront être connues.
DIA11 :
La synthèse commence par la consensation de 2 molécules d’acétyl-CoA en
acétoacétyl-CoA, réaction catalysée par la thiolase. Ensuite, la condensation d’une
62
troisième molécule d’acétyl-CoA conduit à la production de β-hydroxy-βmethylglutaryl-CoA (ou HMG-CoA) par l’HMG-CoA synthase.
DIA12 :
L’HMG-CoA est ensuite réduit en mévalonate par l’HMG-CoA reductase. Cette étape
nécessite 2 NADPH et a lieu dans la lumière du réticulum endoplasmique lisse (REL).
En effet, la réductase est ancrée à la face luminale de la membrane du REL.
C’est une réaction clé de la synthèse du cholestérol qui est soumise à régulation.
DIA13 et 14 :
Le mévalonate formé est ensuite phosphorylé à trois reprises par transfert du
phosphate de 3 ATP. Dans l’étape suivante, le groupement carboxyl et le phosphate
du C3 sont retirés, conduisant à la formation d’une double liaison. Il s’agit du premier
isoprène activé. Le second isoprène activé est obtenu par isomérisation du premier.
DIA15 et 16 :
La synthèse continue par la condensation des deux isomères d’isoprène activés en
une chaîne de 10 carbones, appelée géranylpyrophosphate. Cette chaîne condense
ensuite un 3ème isoprène activé pour former une chaîne de 15 carbones, appelée
farnesylpyrophosphate. La condensation de deux molécules de farnesyl
pyrophosphate à 15 carbones conduit à la formation d’un squalène à 30 carbones.
Les noms des molécules font références aux sources dont elles furent isolées pour la
première fois : des fleurs (géranium et fleur de l’acacia Farnese) et le foie de requin
(squalène).
DIA17 :
Le squalène linéaire va former l’ébauche des 4 anneaux caractéristiques du noyau
stéroïde. Cette étape nécessite une dernière molécule de NADPH et de l’O2. Ensuite,
une cyclase va à deux reprises former les liaisons qui mettent en place les 4
anneaux du noyau stéroïde, aboutissant à la production de lanostérol. Celui-ci subit
une vingtaine de modifications biochimiques avant de générer le cholestérol.
Le carbone 3 du cholestérol porte un groupe hydroxyl qui peut être estérifié, formant
un ester de cholestérol, la forme qui sera stockée dans la cellule.
Au total, la synthèse d’un squalène à partir des acétyl-CoA nécessite :
- 18 acétyl-CoA
- 13 NADPH et 13H+
- 18 ATP
DIA18 :
Le cholestérol existe sous une forme libre (non estérifiée) et une forme estérifiée.
L’estérification du cholestérol, c'est-à-dire la réaction de transfert d’un acide gras provenant d’un acyl-CoA - sur le carbone 3 du noyau stéroïde du cholestérol, est
catalysée par l’ACAT : Acyl-CoA-Cholestérol Acyl Transférase. Cette estérification a
lieu principalement dans les hépatocytes. C’est sous cette forme estérifiée que le
cholestérol est stocké dans la cellule.
DIA19 :
La synthèse du cholestérol et de ses esters a lieu principalement dans les
hépatocytes. Le cholestérol y est bien sûr utilisé comme constituant essentiel des
membranes de ces cellules, mais est aussi exporté en grandes quantités :
63
- dans la bile, sous forme de cholestérol libre ou après transformation en acides/sels
biliaires. Ces derniers sont relativement plus hydrophiles et facilitent la digestion des
graisses dans le tube digestif ;
- dans des lipoprotéines spécifiques, sous forme de cholestérol libre et d’ester de
cholestérol.
Ces lipoprotéines spécifiques sont sécrétées par les hépatocytes et gagnent la
circulation sanguine. Elles sont captées par tous les tissus et leur apportent, entre
autres, un des constituants essentiels des membranes cellulaires.
Le cholestérol des lipoprotéines sert plus spécifiquement à la synthèse des
hormones stéroïdes dans les gonades et la glande surrénale, et à la synthèse d’un
des intermédiaires biochimiques de la vitamine D dans la peau, sous l’effet des
rayons ultraviolets. Cet intermédiaire devra ensuite gagner le foie puis le rein pour
transformations biochimiques avant de conduire à la production de la vitamine D
active.
DIA20 :
On distingue 4 grandes classes de lipoprotéines plasmatiques : chylomicron, VLDL
(Very Low Density Lipoprotein), LDL (Low Density Lipoprotein) et HDL (High Density
Lipoprotein). Elles sont séparées l’une de l’autre par ultracentrifugation du plasma,
d’où leur nom. Elles diffèrent par leur densité, taille, composition, fonction, tissu(s) de
synthèse et tissu(s) cible(s).
Ces particules plasmatiques sont chargées de transporter des lipides insolubles dans
l’eau (cholestérol, ester de cholestérol, triacylglycérols et phospholipides) d’un tissu à
un autre. Elles sont toutes complexées à une ou des protéines, les apolipoprotéines.
DIA21 :
Un schéma type d’une LDL est présenté : chaque particule est composée de ~
- 800 molécules de phospholipides
- 1500 molécules d’ester de cholestérol
- 2000 molécules de cholestérol
- des triacylglycérols et
- 1 apolipoprotéine : l’apoB100.
Les phospholipides en monocouche, le cholestérol libre et l’apoB100 sont en surface
de la LDL, au contact du plasma. Les autres constituants sont à l’intérieur de la
particule.
DIA22 et 23 :
La composition des 4 différentes lipoprotéines plasmatiques est donnée.
La taille des particules suit l’ordre inverse de leur densité : les plus grosses sont les
moins denses.
Le contenu en protéine et en phospholipides augmente lorsque la taille diminue.
Les VLDL et LDL sont de loin les plus riches en cholestérol ; la LDL est de loin la
plus riche en ester de cholestérol, puis viennent les VLDL et HDL.
Le contenu en triacylglycérols croît des HDL vers les chylomicrons. Ces derniers sont
donc des transporteurs de triacylglycérols.
DIA24 :
Il existe 10 apolipoprotéines, classées en sous groupes A, B, C, D et E, qui rentrent
dans la composition des lipoprotéines plasmatiques. Elles se caractérisent par des
64
poids moléculaires très variables de l’une à l’autre, par leur présence dans des
lipoprotéines spécifiques et par leurs rôles.
Deux rôles connus pour les apolipoprotéines : rôle de ciblage vers des tissus/types
cellulaires spécifiques, via l’interaction avec des récepteurs exprimés à la surface de
ces cellules ; rôles d’activateurs ou d’inhibiteurs d’enzymes, comme la LCAT ou la
lipoprotéine lipase.
A l’exception de deux apo (apoB48 et apoB100), toutes sont présentes dans la
composition des HDL, la lipoprotéine la plus riche en protéines. L’apoB100 reconnaît
le récepteur aux LDL à la surface des cellules cibles.
DIA25 :
Une vue générale des fonctions, tissus de production et tissus cibles des différentes
lipoprotéines plasmatiques est présentée. Ceci est une simplification extrême et ne
reflète pas la complexité de la réalité…
- Les lipides alimentaires sont les constituants des chylomicrons qui sont assemblés
dans le réticulum endoplasmique des cellules de l’intestin grêle. Ils sont
principalement composés de triacylglycérols complexés aux apoB48, apoCII et apoE.
Ces chylomicrons sont déversés dans le système lymphatique, gagnent ensuite la
circulation sanguine puis les capillaires des muscles, du tissu adipeux et de la glande
mammaire en cours de lactation. La lipoprotéine lipase intracapillaire est activée par
l’apoCII. Elle libère les 3 acides gras et le glycérol. Les acides gras sont captés par
ces tissus où ils seront soit consommés (oxydation des acides gras dans le muscle),
soit stockés (formation de triacylglycérols et stockage dans l’adipocyte), soit sécrétés
sous forme de triacylglycérols dans le lait maternel(glande mammaire). Après
prélèvement, les résidus de chylomicron (chylomicron remnants) circulants
reconnaissent leur récepteur à la surface des hépatocytes via leur apoE. Ils sont
endocytés par le foie où ils libèrent leur cholestérol et sont finalement dégradés dans
les lysosomes.
- Le foie synthétise des triacylglycérols à partir des excès d’acides gras et d’hydrates
de carbone alimentaires. Ces triacylglycérols se complexent au cholestérol et à son
ester - aussi synthétisés dans l’hépatocyte – ainsi qu’aux apoB100, apoCI, apoCII,
apoCIII et apoE pour former les VLDL qui gagnent la circulation. Une première
extraction des acides gras des triacylglycérols des VLDL a lieu dans les capillaires du
tissu adipeux et des muscles, où la lipoprotéine lipase est activée par l’apoCII (cf cidessus). Ces acides gras sont captés par les adipocytes et les fibres musculaires.
Les résidus de VLDL (VLDL remnants ou IDL (Intermediate LipoProtein), après
prélèvement des triacylglycérols dans ces tissus, gagnent directement ou
indirectement le foie après reconnaissance d’un récepteur à la surface des
hépatocytes par l’apoE. En effet, une fraction des résidus de VLDL va subir une
seconde lyse des triacylglycérols et former les LDL, qui sont très riches en
cholestérol et son ester ainsi qu’en apoB100. L’apoB100 des LDL reconnaît son
récepteur à la surface des cellules des tissus extra-hépatiques ; les LDL libèrent leur
cholestérol et ester de cholestérol dans ces tissus avant de regagner le foie.
DIA26 :
Les HDL naissantes (ou immatures, c'est-à-dire pauvre en cholestérol et sans ester
de cholestérol, mais riches en protéines) ont une forme de disque et sont produites
par le foie et l’intestin grêle puis gagnent la circulation sanguine. Deux rôles majeurs
des HDL ont été mis en évidence :
65
1. Dans les tissus extrahépatiques, deux mécanismes de transfert de l’excès de
cholestérol des cellules vers les HDL existent :
- un mouvement passif de cholestérol qui est initié après interaction de la HDL
immature avec un récepteur de surface SR-BI. Le cholestérol est transféré
passivement à la HDL qui devient mature et sphérique. Celle-ci gagne le foie ou les
organes qui synthétisent les hormones stéroïdes (glande surrénale et gonades) où
elle peut soit être endocytée, soit interagir avec le récepteur SR-BI et libérer son
cholestérol dans ces cellules;
- un transport actif de cholestérol est initié après endocytose de la HDL par la cellule,
interaction de l’apoAI de la HDL avec le transporteur ABC1 de la famille des « Multi
Drug Transporters ». La HDL chargée en cholestérol, mature et sphérique, est
ensuite sécrétée dans la circulation et gagne le foie, la glande surrénale ou les
gonades comme ci-dessus.
DIA27 :
2. Les HDL naissants ou immatures sont couvert d’une enzyme, la LCAT (pour
Lécithine-Cholestérol Acyl Transférase). Cette enzyme, à la surface des HDL va
catalyser la transformation du cholestérol et de la phosphatidylcholine (ou lécithine)
des résidus de chylomicrons et de VLDL en ester de cholestérol et lysolécithine (voir
ci-dessous). La HDL se charge en ester de cholestérol, devient mature et sphérique
et gagne soit le foie, soit les organes qui synthétisent des hormones stéroïdiennes
pour libérer ses esters de cholestérol.
On comprend maintenant pourquoi les LDL, qui apportent le cholestérol ou ses
esters aux cellules, est qualifié de « mauvais cholestérol », et pourquoi les HDL, qui
retirent l’excès de cholestérol ou de ses esters aux cellules est nommé « bon
cholestérol ».
DIA28 :
La réaction de la lécithine-cholestérol acyl transférase (ou LCAT) des HDL
immatures est présentée : elle catalyse la transformation de la phosphatidylcholine et
du cholestérol des résidus de chylomicron et de VLDL en esters de cholestérol qui
s’accumule dans les HDL. Ceux-ci gagnent ensuite soit le foie, soit les organes qui
synthétisent une grande quantité de stéroïdes, comme la glande surrénale et les
gonades.
DIA29 :
La régulation de la biosynthèse du cholestérol est complexe et consomme beaucoup
d’énergie. Cette régulation tient compte notamment de l’apport alimentaire en
cholestérol.
- La régulation est transcriptionnelle, au niveau de la synthèse de l’ARN messager de
l’HMG-CoA reductase et d’autres enzymes qui participent à la synthèse du
cholestérol et du récepteur aux LDL. Le facteur de transcription SREBP (Stérol
Regulatory Element Binding Protein) est particulièrement important dans ce
mécanisme : si la concentration cellulaire en cholestérol est élevée, SREBP est
inactif et localisé dans le réticulum endoplasmique; si elle chute, SREBP quitte le
réticulum endoplasmique pour le golgi où il est activé par clivage protéolytique et
migre vers le noyau où il exerce ses effets sur la transcription.
- Elle s’exerce aussi par phosphorylation (glucagon, HMG-CoA reductase inactive) et
déphosphorylation (insuline, HMG-CoA reductase active).
66
- Enfin, différents métabolites X du cholestérol contrôlent la demi-vie de l’HMG-CoA
reductase et celle du récepteur aux LDL.
Le cholestérol exerce aussi un effet allostérique positif sur l’activité de l’ACAT (acylCoA cholestérol acyl transférase), qui le convertit en ester de cholestérol qui est
stocké dans la cellule dans de petites gouttelettes.
DIA30 :
Une concentration sanguine élevée de cholestérol, élevée de LDL et/ou basse de
HDL sont associées à un risque fortement augmenté de formation de plaques
d’athérosclérose. Ces plaques riches notamment en cholestérol se forment dans la
paroi des vaisseaux et obstruent ceux-ci, ne permettant plus un flux approprié de
sang et donc d’oxygène vers certains organes. De plus, des éléments de la plaque
peuvent se détacher et obstruer un vaisseau plus en aval. Il en résulte une mort
cellulaire en aval de l’obstruction (= infartus).
Les plaques peuvent obstruer les artères coronaires (infarctus du myocarde), l’artère
mésentérique (infarctus mésentérique), une artère cérébrale (infarctus cérébral ou
accident vasculaire cérébral, AVC).
Les statines sont des inhibiteurs compétitifs de l’HMG-CoA reductase : leur structure
chimique ressemble à celle du substrat de l’enzyme, le HMG-CoA. Leur
administration réduit donc la synthèse du cholestérol dans les cellules. La
concentration sanguine du cholestérol peut chuter de 30% sous traitement et réduire
l’incidence des maladies dues à la formation de plaques d’athérome
(athérosclérose) !
Les sujets traités ont soit un apport alimentaire excessif de cholestérol, soit rarement
une affection génétique. En effet, des cas de mutation dans les gènes codant pour le
récepteur de surface aux LDL (augmentation des LDL dans le sang, absence de
régulation négative de la synthèse du cholestérol cellulaire par le cholestérol
extracellulaire) ou le récepteur/transporteur ABC1 (les HDL restent immatures et ne
peuvent se charger de cholestérol des cellules, donc concentration intracellulaire en
cholestérol élevée) sont connues.
DIA31 :
Le cholestérol est à la base de la synthèse des hormones stéroïdes. Dans le cortex
de la glande surrénale : minéralocorticoïdes (corticostérone, aldostérone) et
glucocorticoïdes (cortisol) ; dans les gonades : hormones sexuelles (progestérone,
androgène (dont la testostérone), oestrogènes (dont l’estradiol)).
Ces synthèses se déroulent dans la mitochondrie où des altérations de la chaîne
latérale prennent place ; ces réactions de transformation nécessitent du NADPH, de
l’O2 et le cytochrome P-450.
DIA32 :
L’isoprène activé est à la base de la synthèse de plus de 20.000 composés différents.
Chaque année, des centaines de composés de cette famille sont découverts... Parmi
les biomolécules importantes, citons les vitamines A, D et K et la fameuse
ubiquinone (coenzyme Q de la chaîne respiratoire).
DIA33 :
La vitamine D est une vitamine liposoluble synthétisée à partir du cholestérol.
C’est dans la peau que sont situées les 2 premières étapes de la synthèse de la
vitamine D3 : le cholestérol est transformé en 7-déhydrocholestérol non actif, puis en
67
vitamine D3 (ou cholécalciférol) non active sous l’action des rayons ultra-violets. Les
rayons UV brisent le second anneau du noyau stéroïde (flèche rouge). La vitamine
D3 gagne la circulation sanguine et y est transportée liée à une protéine porteuse
vers le foie.
Sous l’action de la 25 hydroxylase, la vitamine D3 subit l’ajout d’un groupe hydroxyl
sur le C25, générant la 25 OH vitamine D3. Celle-ci est très peu active et est
transportée dans la circulation sanguine vers le rein. Ici, deux hydroxylases sont
présentes : la 1- et la 24-hydroxylase. La première génère le 1,25 diOH vitamine D3,
un composé très actif ; la seconde génère la 24,25 diOH vitamine D3, composé
inactif.
Cette synthèse ne suffit pas à assurer les besoins en vitamine D de l’organisme
notamment pendant les phases de croissance. L’alimentation apporte le reste sous
forme de vitamine D3 (viande, poisson) ou D2. La vitamine D2 (ou ergocalciférol), est
synthétisée dans les plantes à partir du cholestérol transformé en ergostérol. Sous
l’action des rayons UV, l’ergostérol est transformé en ergocalciférol qui a les mêmes
propriétés et effets que la 1,25 diOH vitamine D3. La vitamine D2 est ajoutée à
certains aliments (beurre et lait au Canada et USA) et est la forme présente dans les
suppléments vitaminés.
DIA34 :
Les formes actives de la vitamine D agissent sur un récepteur nucléaire (voir cours
de F. Bureau, 2ème BAC). Ce récepteur est aussi un facteur de transcription qui, une
fois la vitamine liée, va reconnaître sa séquence nucléotidique en amont d’unités
transcriptionnelles spécifiques et activer la transcription d’ARN messagers et la
production de protéines (ex : calcium binding proteins de l’épithélium intestinal ou
rénal). L’augmentation de la concentration de ces protéines entraîne une
augmentation de l’absorption intestinale/rénale du calcium.
Ce complexe vitamine D/récepteur agit aussi au niveau de l’os et favorise sa
minéralisation (dépôt de calcium sur la matrice osseuse).
L’hypocalcémie entraîne une augmentation de la sécrétion de parathormone (PTH)
qui agit positivement sur la synthèse et l’activité de la 1-hydroxylase rénale.
DIA35 :
La carence en vitamine D entraîne le rachitisme. Cette carence fait suite à un défaut
d’exposition au soleil associé à des carences alimentaires sévères, sans
suppléments vitaminés. Le rachitisme se caractérise par un défaut de minéralisation
de la matrice osseuse en phase de croissance, ce qui entraîne une déformation des
os qui subissent une pression mécanique importante (membres inférieurs).
DIA36 :
La vitamine A1 (ou rétinol) est une vitamine liposoluble synthétisée à partir du βcarotène présent dans l’alimentation. Le β-carotène est lui-même synthétisé à partir
de 8 unités d’isoprène (barres vertes et rouge qui délimitent les unités d’isoprène).
Dans la cellule intestinale, le β-carotène est clivé par la dioxygénase en 2 molécules
de rétinal (C15 : aldéhyde)(barre rouge) puis transformé en rétinol (C15 : alcool). Le
rétinol est ensuite estérifié par un palmitate dans l’entérocyte et gagne la circulation
via les chylomicrons. Ces chylomicrons parviennent au foie et aux tissus
périphériques. Le foie concentre le stock de rétinol sous forme d’ester de palmitate.
Après desestérification, le rétinol peut quitter le foie pour la circulation sanguine sous
68
forme d’un complexe avec la RBP (Rétinol Binding Protein) et parvient aux tissus
périphériques.
Selon le tissu, le rétinol libre peut être oxydé en rétinal puis en acide rétinoïque (C15 :
acide).
L’acide rétinoïque est une hormone qui peut être sécrétée en association avec une
RABP (Retinoic Acid Binding Protein). Dans les cellules voisines, l’acide rétinoïque
lie son récepteur nucléaire-facteur de transcription qui reconnaît sa séquence
nucléotidique en amont d’unités transcriptionnelles spécifiques et active leur
transcription (cf vitamine D). L’acide rétinoïque joue un rôle important dans la
différenciation et le maintien de l’intégrité des épithélias.
La vitamine A existe sous deux formes chez les poissons d’eau douce : la vitamine
A1 et A2. Cette dernière est caractérisée par la présence d’une double liaison
supplémentaire entre les C3 et C4 du cycle.
DIA37 :
Dans la membrane plasmique des bâtonnets de la rétine, le 11-cis-rétinal établi une
liaison covalente avec une lysine d’une protéine, l’opsine, pour former la rhodopsine
ancrée dans la membrane. L’arrivée d’un photon convertit le 11-cis-rétinal en alltrans-rétinal, ce qui modifie la conformation du rétinal et de l’opsine qui le contient. Le
changement de conformation de l’opsine entraîne - en plusieurs étapes - une
modification de la perméabilité de la membrane plasmique et le déclanchement d’un
potentiel d’action. Le potentiel d’action se propage jusqu’à l’extrémité du bâtonnet où
des vésicules de neurotransmetteurs sont libérées dans l’espace synaptique,
assurant la transmission de l’influx vers les zones occipitales du cortex (cortex visuel).
DIA38 :
Les bâtonnets sont des photorécepteurs responsables de la vision crépusculaire et
nocturne, en noir et blanc. Les cônes assurent la vision diurne colorée.
Un des premiers signes de la carence en vitamine A est une baisse de la vision
nocturne (rétinal/bâtonnet). Les altérations des épithélias (peau et muqueuses) sont
aussi une conséquence de cette carence (acide rétinoïque/épithélia). Différents
aliments contiennent de grandes quantités de vitamine A ou de son précurseur, le βcarotène.
DIA39 :
La vitamine K est une vitamine liposoluble que l’on trouve sous trois formes : K1, K2
et K3. Les formes K1 et K2 présentent une chaîne aliphatique ancrée à deux noyaux
aromatiques ; cette chaîne est le résultat de la condensation de plusieurs molécules
d’isoprène (4 pour K1). La forme K3 ne présente pas de chaîne aliphatique.
La vitamine K1 provient d’une synthèse végétale (chou, épinard, laitue, soja,…), la
vitamine K2 est produite par la flore intestinale (synthèse bactérienne). Elles ont des
rôles biologiques différents, même si elles participent comme cofacteur au même
type de réaction de carboxylation.
Le noyau aromatique de droite est sous une forme oxydée ou réduite.
DIA40 :
Les vitamines K1 et K2 servent de cofacteurs à une enzyme, la gamma-carboxylase.
Au cours des réactions catalysées par cette gamma-carboxylase, la forme réduite de
la vitamine est transformée en forme oxydée. La forme réduite de K1 est régénérée
69
en deux temps par la vitamine K1 epoxide reductase puis la vitamine K1 reductase
(en présence de NADPH + H+).
La gamma-carboxylase catalyse une réaction d’ajout d’un carbone sur des résidus
glutamate de différentes protéines en présence de CO2, de vitamine K1 ou K2
réduite et d’O2, formant des résidus gamma-carboxyglutamate capables de lier le
calcium. La liaison du calcium sur ces protéines entraîne leur activation.
Les protéines qui subissent cette réaction sont des facteurs de coagulation pour la
vitamine K1, et l’ostéocalcine impliquée dans le métabolisme des os pour la vitamine
K2. Ces protéines sont donc activées par cette carboxylation.
DIA41 :
La warfarin est un composé synthétique qui inhibe l’epoxide réductase, empêche la
régénération de la forme réduite de la vitamine K, et réduit donc secondairement
l’activité de la gamma-carboxylase et l’activation des protéines de la coagulation.
DIA42 :
On regroupe sous le nom de « vitamine E » une famille de composés dont le plus
actif est l’α-tocophérol. Celui-ci est composé de deux noyaux aromatiques et d’une
chaîne isoprénique formée de 3 unités d’isoprène. Ces composés existent sous une
forme réduite -OH active et une forme oxydée inactive. Ils sont liposolubles et se
trouvent dans les membranes cellulaires et les lipoprotéines. Ce sont des agents
antioxydants liposolubles. Ils sont synthétisés par les végétaux et se retrouvent donc
dans les huiles végétales, les céréales et les légumes.
DIA43 :
L’α-tocophérol détruit les radicaux peroxyles lipidiques des membranes cellulaires et
de ce fait neutralise la réaction de peroxydation en chaîne des lipides.
Les acides gras polyinsaturés des membranes cellulaires sont la cible de radicaux
libres de l’O2 (comme OH°, le radical hydroxyle) : ceux-ci capturent un radical
hydrogène H° et génèrent des radicaux lipidiques instables. Ces radicaux lipidiques
réagissent avec l’O2 et génèrent des radicaux peroxyles lipidiques aussi instables.
Ces derniers réagissent avec d’autres acides gras polyinsaturés présents dans la
membrane: formation d’un nouveau radical lipidique qui entretient le cycle et d’un
hydroperoxyde d’acide gras qui est toxique.
L’action de la vitamine E consiste à réagir avec un radical peroxyle lipidique et à
empêcher le cycle de peroxydation des acides gras de se poursuivre :
Tocophérol-OH + LOO° → tocophérol-O° + LOOH
L’électron célibataire du tocophérol-O° est délocalisé sur l’ensemble du noyau
aromatique, le rendant peu réactif et la molécule assez stable. La réaction du
tocophérol-O° avec un second radical (un second LOO° ou même un tocophérol-O°)
entraîne la formation d’une espèce neutre en plusieurs étapes. La forme tocophérolOH réduite active de la vitamine E est régénérée en présence d’acide ascorbique ou
de rétinol.
DIA44
La vitamine C, ou acide L-ascorbique, est une vitamine hydrosoluble sensible à la
chaleur et à la lumière. Elle est synthétisée à partir du glucose en 4 étapes dans le
foie et le rein par la plupart des mammifères, à l’exception de l’homme, du gorille, du
cobaye et de certains oiseaux et poissons, chez lesquels le 4ème enzyme fait défaut.
70
Chez ces espèces, l’alimentation est la seule source de vitamine C (fruits et légumes
FRAIS : cassis, persil, navet, poivron, kiwi, choux,…).
La vitamine C est le cofacteur de réactions d’hydroxylation de résidus proline et
lysine, largement représentés dans le collagène. Elle est aussi un cofacteur dans la
synthèse de la noradrénaline, un neurotransmetteur, et de la carnitine, un
transporteur d’acide gras vers la mitochondrie.
DIA45 :
Le scorbut est la manifestation de la carence en vitamine C. La synthèse du
collagène est altérée (vaisseaux : hémorragies ; gingivite, déchaussement des dents,
retard de cicatrisation), anémie, fatigue, irritabilité (défaut de synthèse de la
noradrénaline).
71
CHAPITRE 11 : BIOSYNTHESE DES ACIDES AMINES ET DE LEURS DERIVES :
DIA1 :
Les bactéries et les plantes sont capables de synthétiser les 20 acides aminés. Par
contre, les mammifères sont, eux, capables d’en synthétiser seulement 11. Ces
acides aminés synthétisés sont dits « non-essentiels », par opposition aux 9 acides
aminés « essentiels » qui doivent donc être impérativement présents dans
l’alimentation en quantités suffisantes.
Chez les mammifères, deux acides aminés, la tyrosine et la cystéine, sont
synthétisés à partir d’acides aminés essentiels (respectivement la phénylalanine et la
méthionine), et devraient donc être aussi considérés comme essentiels…
L’arginine peut être synthétisée en petite quantité chez les mammifères via la
synthèse de proline, d’ornithine, de citrulline et d’arginosuccinate (voir cycle de
l’urée).
Dans certaines circonstances (phase de croissance de l’organisme, par exemple), la
synthèse des acides aminés non essentiels par l’organisme ne suffit plus à satisfaire
la demande, et les apports alimentaires deviennent alors essentiels. On parle donc
d’acides aminés « essentiels sous condition(s) ».
L’organisme doit trouver les acides aminés essentiels en suffisance dans
l’alimentation. Sinon, une protéolyse se met en place pour « récupérer » des acides
aminés essentiels déjà présents dans les protéines cellulaires.
DIA2 :
Les 2 portes d’entrée du NH4+, l’ion ammonium, dans les acides aminés ont déjà été
décrites au cours du chapitre 7 sur le catabolisme des acides aminés (section
« devenir du groupe aminé », réactions inverses à celles présentées à ce moment).
Ces 2 réactions rappellent que la glutamate déhydrogénase et la glutamine
synthétase catalysent les deux réactions d’incorporation du NH4+ au niveau du
glutamate et de la glutamine. La glutamine synthétase le fait en deux étapes, avec
formation de γ-glutamyl phosphate. La seconde porte d’entrée, celle catalysée par la
glutamine synthétase, est la voie majeure, quantitativement plus importante que la
première.
DIA3 :
L’activité et l’expression de la glutamine synthétase sont particulièrement bien
régulées dans la cellule : effecteurs allostériques négatifs (tous des produits de
synthèse en aval dans la voie anabolique), liaison covalente d’AMP sur la Tyrosine
397 de l’enzyme, proche du site catalytique, entraînant l’inactivation de l’enzyme
(addition d’AMP catalysée par l’adénylyl transférase, elle-même sujette à
régulation…), contrôle transcriptionnel par différents métabolites.
DIA4 :
Une vue générale de la synthèse des acides aminés non essentiels chez les
mammifères est présentée : les 4 portes d’entrée sont : l’alpha céto glutarate (1,
cycle de Krebs), le 3-phosphoglycérate (2, glycolyse), l’oxaloacétate (3, cycle de
Krebs) et le pyruvate (4, glycolyse).
DIA5 :
La synthèse du glutamate et de la glutamine ont été décrites dans une dia
précédente. Pour information, les étapes de la synthèse de la proline et de
l’arginine chez les mammifères sont décrites à partir du glutamate. En réalité, cette
72
voie de synthèse de l’arginine est très peu utilisée ; la majeure partie de l’arginine
dans l’organisme provient de l’alimentation et de la lyse des protéines endogènes. In
vivo, la proline peut être aussi synthétisée à partir de l’arginine par les réactions
inverses à celles décrites dans cette dia. C’est l’arginase qui transforme l’arginine en
ornithine (et vice versa).
DIA6 :
Le 3-phosphoglycérate sert de précurseur à la sérine, la glycine et la cystéine. Les
étapes réactionnelles vers la sérine et la glycine sont données pour information.
Certaines réactions nécessitent du PLP (pyridoxine phosphate) et du H4 folate.
La synthèse de la glycine peut suivre une autre voie dans le foie des vertébrés en
présence d’un dérivé du H4 Folate :
CO2 + NH4+ + N5,N10-méthylène H4 Folate + NADH + H+ →
Glycine + H4 Folate + NAD
DIA7 :
La synthèse complexe de la cystéine chez les mammifères à partir de la sérine et de
l’homocystéine est présentée pour information. L’homocystéine est synthétisée à
partir de la méthionine, un acide aminé essentiel. Cette synthèse nécessite du PLP
(pyridoxine phosphate).
DIA8 :
La synthèse de l’aspartate et de l’asparagine se font à partir de l’oxaloacétate. Une
transamination (qui nécessite du PLP)(transfert d’un NH3 pour former un =CHNH2)
suivie d’une transamidation (transfert d’un NH3 pour former un –CONH2) par
l’asparagine synthétase.
DIA9 :
La synthèse d’alanine procède à partir du pyruvate par transamination en présence
de PLP.
DIA10 :
Pour information, la synthèse de la tyrosine s’effectue à partir de la phénylalanine,
un acide aminé essentiel. Elle nécessite du NADH, du H4 bioptérine et de l’O2.
NB : D’une manière générale, les acides aminés agissent comme effecteurs
allostériques négatifs sur l’enzyme catalysant la première réaction de leur synthèse
(feedback inhibition).
DIA11 :
Les acides aminés sont non seulement les constituants des protéines, mais aussi,
pour certains d’entre eux, les précurseurs de biomolécules très importantes comme
les porphyrines, l’hème, les pigments biliaires et urinaires, la créatine, le glutathion,
les amines biologiques et le NO (oxyde nitrique).
La glycine et le succinyl-CoA forment du δ aminolévulinate, l’unité de base qui servira
à la production des porphyrines, de l’hème et de pigments biliaires. L’hème sera
ensuite incorporé dans des protéines pour former l’hémoglobine ou les cytochromes.
DIA12 :
La synthèse complexe de l’hème à partir du δ aminolévulinate : 2 δ aminolévulinate
se condensent pour former un porphobilinogène ; 4 porphobilinogènes sont
73
assemblés en une protoporphyrine. L’incorporation de l’atome de Fer a lieu à ce
moment par la ferrochélatase.
Le produit final, l’hème, est un régulateur allostérique négatif de cette voie de
synthèse.
Des mutations dans quasi toutes ces enzymes sont connues et sont responsables de
maladies humaines: les porphyries. Elles se caractérisent toutes par une anémie
(défaut de synthèse de l’hème, donc de l’hémoglobine). L’accumulation de
métabolites spécifiques dans les globules rouges, les fluides ou le foie peut être
responsable de certains signes : urines rouges (= uroporphyrinogène III). Les
patients sont hétérozygotes pour la mutation et la plupart du temps asymptomatiques.
La symptomatologie est provoquée par des facteurs environnementaux ou
alimentaires encore peu connus. La crise aigue se caractérise par des douleurs
abdominales intenses et une altération de l’état de conscience allant jusqu’à la crise
de folie (ex : le Roi George III d’Angleterre).
DIA13 :
La dégradation de l’hème (de l’hémoglobine des globules rouges, source la plus
importante d’hème) commence par l’action de l’hème oxygénase qui libère du Fe 2+,
du CO (approximativement 1% de l’hémoglobine en condition normale est liée au
CO), et ouvre le cycle de l’hème pour former la biliverdine (couleur verte). La
biliverdine, en présence de NADPH et de biliverdine réductase, est transformée en
bilirubine (jaune). Ces deux réactions ont lieu principalement dans les macrophages
qui libèrent donc de la bilirubile. Cette bilirubine « libre », toxique, est transportée
dans la circulation sanguine par l’albumine vers le foie où elle est « conjuguée »,
c'est-à-dire couplée, à l’acide glucuronique (= bilirubine « conjuguée »). Cette
réaction est catalysée par la glucuronyl bilirubine transférase des hépatocytes. Ce
composé est ensuite éliminé dans la bile et gagne l’intestin grêle où il est transformé
par les bactéries intestinales en urobilinogène. Une fraction de l’urobilinogène formé
est réabsorbé de l’intestin vers la circulation sanguine, gagne le rein et est
métabolisé en urobiline qui donne la couleur jaune aux urines. L’autre fraction de
l’urobilinogène est métabolisée par les bactéries intestinales en stercobiline (couleur
brune des selles).
La bilirubine libre, la bilirubine conjuguée et la bilirubine totale (totale = libre +
conjuguée) sont des marqueurs sanguins importants en clinique : l’interprétation de
leurs concentrations anormalement élevées dans le sang, ce qui entraine un ictère,
permet de diagnostiquer des affections comme l’hémolyse, des maladies hépatiques
(hépatite, cirrhose,…) et/ou résultant de la présence d’un bloc mécanique sur les
voies biliaires (tumeur, parasitose, lithiase,…).
DIA14 :
Une sélection de couleurs dues aux pigments dérivés du catabolisme de l’hème !
Les nouveaux-nés présentent souvent un ictère dû à une trop faible expression de la
glucuronyl bilirubine transférase hépatique (l’enzyme est induite un peu trop
faiblement). La concentration de bilirubine dans le sang est élevée. Si la
concentration de bilirubine est trop élevée pendant une longue durée, une toxicité
cellulaire (nerveuse) peut conduire à des lésions définitives. En attendant que
l’expression de l’enzyme soit induite spontanément (en quelques jours), il faut
procéder à une photothérapie (lumière bleue) : la lumière bleue métabolise la
bilirubine en composés non toxiques.
74
Un ictère chez l’adulte est un signe d’affection hépatique (hépatite virale ou autres :
lésions des hépatocytes et absence de transformation de la bilirubine qui colore les
tissus en jaune) ou de blocage de l’élimination de la bile dans l’intestin (tumeur,
calcul biliaire,…).
DIA15 :
La créatine est synthétisée à partir de la glycine et de l’arginine, et nécessite de la
méthionine et de l’adénosyl Méthionine (adoMet) comme donneur de groupe méthyl
CH3. Dans le muscle squelettique au repos, la créatine est sous forme phosphorylée,
la phosphocréatine; cette phosphocréatine est une source d’énergie immédiate,
mobilisée en début d’exercice, qui permet de maintenir élevée la concentration d’ATP
dans la cellule. Le S-adénosyl Méthionine est le donneur de groupe méthyl CH3.
La créatine est métabolisée en créatinine, un marqueur de la fonction rénale très
intéressant en clinique. En effet, la concentration de créatinine sanguine dépend de
sa production (qui est très stable chez un individu: essentiellement dans le muscle
squelettique, dont la masse varie normalement peu de jour en jour) et de son
élimination rénale. Dans le rein, la créatinine est filtrée par le glomérule, mais pas
réabsorbée ou sécrétée le long du néphron. Donc, toute altération de la filtration
glomérulaire rénale, comme dans l’insuffisance rénale, aura un impact sur la
concentration de créatinine sanguine. L’insuffisance rénale et l’effort physique
intense sont deux causes d’élévation de la créatinine sanguine.
DIA16 :
Le glutathion est synthétisé à partir du glutamate, de la cystéine et de la glycine.
C’est un tampon redox important qui élimine l’H2O2 et prévient la formation de
radicaux libres hydroxyl. Il existe sous une forme réduite GSH et oxydée GSSG (pont
disulfure).
DIA17 et 18:
Les catécholamines sont synthétisées à partir de la tyrosine : dopa, dopamine, puis
noradrénaline et enfin adrénaline. Cette synthèse nécessite de nombreux cofacteurs :
H4 bioptérine, PLP, S-adénosyl méthionine et une vitamine, l’acide ascorbique.
La maladie de Parkinson est la conséquence d’une trop faible production de
dopamine par certains neurones du cerveau. Un des traitements est l’administration
du précurseur direct de la dopamine, la L-DOPA.
L’hormone du stress aïgu par excellence : l’adrénaline : tachycardie, hypertension
artérielle, augmentation du rythme respiratoire, bronchodilatation : préparation à une
activité physique imminente (au combat ou à la fuite, par exemple), avec ses
répercussions métaboliques : glucose, acides gras, acides aminés : mobilisation des
substrats énergétiques.
DIA19 :
L’acide γ-amino butyrique est un neurotransmetteur inhibiteur ; sa concentration
diminuée est associée à certains types d’épilepsie.
DIA20 :
L’histamine est un des médiateurs puissants de la réaction allergique ; elle est
libérée des granules préformés des mastocytes après liaison de complexes IgEallergène sur leurs récepteurs aux IgE membranaires. C’est un vasodilatateur et un
bronchoconstricteur puissant. C’est aussi un médiateur de la sécrétion acide de
75
l’estomac. Un des traitements de l’ulcère duodénal est la cimétidine, un antagoniste
d’un des récepteurs à l’histamine.
DIA21 :
La sérotonine est synthétisée à partir du tryptophane, principalement dans les
neurones du tronc cérébral (les neurones sérotoninergiques). Sa synthèse nécessite
de la H4 bioptérine et du PLP.
C’est un modulateur de l’activité du système nerveux central et un régulateur de
l’humeur (anxiété, dépression (↓), joie, agressivité…), du sommeil et des
comportements sexuels et alimentaires.
Elle est aussi sécrétée par les plaquettes sanguines et provoque une
vasoconstriction.
76
CHAPITRE 12 : SYNTHESE ET DEGRADATION DES NUCLEOTIDES :
DIA1 :
Il est essentiel de relire le chapitre 9 du cours de BAC2 du Prof. F. Bureau.
Les nucléotides sont composés d’un pentose (le ribose ou le désoxyribose), d’une
base (une purine ou une pyrimidine) et d’un ou plusieurs phosphates. La base est
liée de manière covalente au C1’ du sucre et le/les phosphates au C5’ du sucre. Les
nucléosides ne sont composés que du sucre et de la base, sans phosphate. Le
ribose possède un OH sur le C2’ du pentose et le désoxyribose un H.
Bases : purines (adénine, guanine et hypoxanthine) et pyrimidines (thymine, uracile
et cytosine)
Ribonucléosides : adénosine, guanosine, inosine, uridine et cytidine
Désoxyribonucléosides : désoxyadénosine, désoxyguanosine, (désoxy)thymidine
et désoxycytidine
Ribonucléotides : adénylate/acide adénylique (AMP, adénosine monophosphate),
guanylate/acide guanylique (GMP, guanosine monophosphate), inosinate/acide
inosinique (IMP, inosine monophosphate), uridylate/acide uridylique (UMP, uridine
monophosphate) et cytidylate/acide cytidylique (CMP, cytidine monophosphate)
Désoxyribonucléotides : désoxyadénylate/acide désoxyadénylique (dAMP,
désoxyadénosine monophosphate), désoxyguanylate/acide désoxyguanylique
(dGMP, désoxyguanosine monophosphate), (désoxy)thymidylate/acide
(désoxy)thymidylique (dTMP, (désoxy)thymidine monophosphate),
désoxycytidylate/acide désoxycytidylique (dCMP, désoxycitidine monophosphate) et
désoxyuridylate/acide désoxyuridylique (dUMP, désoxyuridine monophosphate).
Les différentes fonctions des nucléotides sont présentées. (UDP-glucose : synthèse
du glycogène et métabolisme du galactose)
Il existe une voie de synthèse « de novo », à partir d’acides aminés (ex : glycine et
aspartate), de ribose 5-P (cf voie du pentose phosphate), de CO2 et de NH3
(glutamine et aspartate comme donneurs de NH3). Il existe aussi un recyclage des
bases et des nucléosides dérivés des acides nucléiques de la cellule.
Le pool cellulaire de nucléotides est très faible, à l’exception de celui de l’ATP. Il est
inférieur à 1% du total nécessaire pour répliquer l’ADN de la cellule ou synthétiser les
ARN. La synthèse des nucléotides se fait donc au cours de la réplication de l’ADN et
de la transcription de l’ADN en ARN. Toute diminution de la vitesse de synthèse des
nucléotides a donc des répercussions importantes sur ces deux processus.
DIA2, 3 et 4:
La synthèse de novo de l’AMP et du GMP commence par la pyrophosphorylation du
ribose 5-P généré dans la voie du pentose phosphate : addition sur le C1’ d’un
pyrophosphate dérivé de l’ATP et libération d’AMP. La PRPP synthétase catalyse
cette réaction importante, générant du 5-phosphoribosyl 1-pyrophosphate ou PRPP.
Les deux purines adénine et guanine sont construites directement sur le PRPP.
L’IMP (ou inosine monophosphate, ou inosinate) sert d’intermédiaire sur la voie de
synthèse de l’AMP et du GMP. L’IMP est obtenu en 10 étapes qui nécessitent les
réactifs décrits à la DIA4. Six molécules d’ATP sont utilisées, dont une comme
donneur de PPi et les cinq autres comme source d’énergie.
Notons que les donneurs de groupes aminés NH4+ sont la glutamine et l’aspartate.
La glutamine amidotransférase est la cible de molécules thérapeutiques (voir plus
loin)
DIA5 :
77
L’IMP est transformé en AMP ou GMP en deux étapes supplémentaires. Elles
nécessitent un aspartate et un GTP supplémentaires pour l’AMP, et de l’H2O, du
NAD+, une glutamine et un ATP supplémentaires pour le GMP.
DIA6 :
La régulation de la synthèse de l’AMP et du GMP se fait de manière spécifique
(l’AMP pour la synthèse d’AMP ; le GMP pour la synthèse de GMP) et non spécifique
(AMP, GMP, IMP et ADP sur la voie de synthèse commune aux AMP et GMP). Ceci
permet d’assurer un équilibre dans la synthèse des deux nucléotides.
DIA7 et 8 :
La synthèse de l’UMP, UTP et CTP procède différemment : l’anneau de la pyrimidine
est d’abord synthétisé, puis lié au ribose 5-P. Elle se fait au départ d’aspartate et de
carbamoyl phosphate. Ce dernier est produit par la carbamoyl phosphate synthétase
cytosolique (type 2) au départ de CO2 (HCO3-) et NH4+. Ce n’est donc pas la même
enzyme qui catalyse la formation de carbamoyl phosphate dans la mitochondrie (cf
cycle de l’urée : synthétase mitochondriale de type 1). Cette synthèse consomme 3
ATP, dont deux donneurs de Pi. La régulation s’exerce sur la première enzyme par le
produit final : le CTP.
DIA9 :
La production des nucléosides triphosphates se fait au départ des nucléosides
monophosphates :
L’ADP est produit au départ de l’AMP par l’adénylate kinase présente dans toutes les
cellules. L’ADP est ensuite phosphorylé en ATP par l’ATP synthase (mitochondrie) et
deux enzymes de la glycolyse (étapes 7 et 10, cytoplasme).
Pour les autres bases, des nucléosides mono et diphosphate kinases transfèrent des
Pi sur les NMP et les NDP, respectivement.
DIA10 :
Les désoxyribonucléotides qui formeront l’ADN sont produits à partir des
ribonucléotides correspondants par réduction au niveau du C2’ du ribose : le groupe
hydroxyl du C2’ du D-ribose est remplacé par un atome d’hydrogène dans le
désoxyribose. La ribonucléotide réductase catalyse la réaction au départ de
ribonucléosides diphosphates (NDP).
Les deux atomes d’hydrogène proviennent du NADPH via des intermédiaires comme
la thioredoxine ou la glutaredoxine, deux protéines portant deux groupes thiols SH.
La thioredoxine est réduite par la thioredoxine reductase, une enzyme possédant
une flavine comme groupe prosthétique. La glutaredoxine est réduite par la
glutaredoxine reductase, une enzyme portant deux glutathions.
DIA11 :
La régulation de la ribonucléotide réductase est particulièrement complexe : elle
porte à la fois sur l’activité générale de l’enzyme et sur sa spécificité de substrat, de
manière à produire des quantités équilibrées de dNTP pour la synthèse d’ADN. Deux
sites de régulation distincts sont présents dans l’enzyme :
Un premier site régulateur lie l’ATP, qui active l’enzyme, ou le dATP, qui l’inactive.
Un second site régulateur lie l’ATP, le dATP, le dTTP ou le dGTP qui modifient la
spécificité de substrat.
DIA12 :
Le dTMP est produit à partir du dUMP par la thymidylate synthase. Cette enzyme
agit en présence de méthylène H4 folate, de NADPH, de sérine et de PLP. Le H4
folate est régénéré à partir du H2 folate en présence de H2 folate réductase. Ces
deux enzymes, la thymidylate synthase et la H2 folate réductase sont des cibles
thérapeutiques (voir plus loin).
78
La carence sévère en folate conduit à une sous-production de dTMP et à
l’incorporation d’uracile dans l’ADN. Cette base est reconnue par les mécanismes de
réparation de l’ADN et est excisée. Une trop grande incorporation d’uracile dans
l’ADN entraîne cependant des cassures de l’ADN, conduisant au développement de
cancers, de maladies cardiaques et cérébrales.
DIA13 :
Le catabolisme du GMP et de l’AMP sont présentés. Pour le GMP: nucléotide,
nucléoside puis base ; ensuite désamination pour aboutir au métabolite commun : la
xanthine. Pour l’AMP ; nucléotide, nucléoside, désamination en inosine, puis
hypoxanthine comme base. L’hypoxanthine et la xanthine sont oxydées par la
xanthine oxydase en acide urique. Ces voies sont communes à toutes les espèces
animales.
La xanthine oxydase est une flavoenzyme à 4 centres Fer-Soufre.
DIA14 :
Chez certaines espèces (primates, oiseaux, reptiles, insectes et…le dalmatien), le
catabolisme des purines s’arrête à l’acide urique qui est alors excrété. Chez la
plupart des autres espèces, le catabolisme continue : allantoïne (la plupart des
mammifères), allantoate (poissons osseux), urée (poissons cartilagineux et
amphibiens) et ammoniac (invertébrés marins).
Les conséquences sont importantes, vu la très faible solubilité de l’acide urique par
rapport à l’allantoïne et ses produits de dégradation…
DIA15 :
L’excès d’acide urique dans le sang (hyperuricémie) et les urines (hyperuricurie,
facultative) peut conduire à la précipitation sous forme de cristaux d’urate, vu la faible
solubilité de l’acide urique dans l’eau comparé à l’allantoïne ou ses catabolites. Les
cristaux radiotransparents sont présents essentiellement dans les articulations
(souvent l’articulation métatarso-phalangienne du gros orteil chez l’homme, rarement
le genou ou la cheville ; l’extrémité des pattes chez le dalmatien), menant à une
arthrite, et dans les voies urinaires (pH urinaire < 6), déclenchant une lithiase urinaire.
Une douleur articulaire aigüe, souvent d’apparition nocturne, suivie de signes
inflammatoires au niveau de l’articulation doivent faire penser à la goutte (arthrite
goutteuse). Avec le temps, des tophi (dépôts de cristaux d’urate) peuvent apparaître
sous la peau. Des facteurs déclanchants existent (microtraumatismes suite à une
longue marche, chirurgie,…)
Les causes peuvent être génétiques (goutte primitive avec histoire familiale,
suggérant des anomalies enzymatiques dans le métabolisme des purines, à
transmission dominante), l’excès alimentaire (excès de purines présentes dans
certains aliments comme le foie), certaines hémopathies (leucémies, myélomes) et
leurs traitements cytolytiques générant beaucoup de purines ; en fait, toutes lésions,
tout acte provoquant une lyse cellulaire importante (brûlures étendues, chirurgie,…).
Le traitement consiste à corriger la cause de l’hyperuricémie : suivre un régime
pauvre en purines et prise d’allopurinol, un substrat de la xanthine oxydase. Celle-ci
génère de l’oxypurinol qui lie avec forte affinité le site catalytique de l’enzyme et
l’inhibe. Sous allopurinol, ce sont l’hypoxanthine et la xanthine qui sont éliminées.
Ces composés sont en effet beaucoup plus solubles que l’acide urique et
n’engendrent pas la formation de cristaux.
DIA16 :
Le catabolisme des pyrimidines est présenté, et celui de la thymine sert d’exemple.
Du NH4+ est généré au cours de ce catabolisme. Le méthylmalonyl-semialdéhyde
est catabolisé en plusieurs étapes en méthylmalonyl-CoA, puis en succinyl-CoA, ce
79
qui nécessite le coenzyme B12, dérivé de la vitamine B12 (cf β-oxydation des acides
gras à chaîne de carbone impaire).
DIA17 :
A côté de la voie de synthèse de novo des purines, des pyrimidines et des
nucléotides qui les contiennent, il existe un recyclage des bases libres générées à
partir du catabolisme des nucléotides.
Pour les purines, l’adénine, la guanine et l’hypoxanthine libres sont prises en charge
par des transférases pour générer des nucléotides en présence de PRPP.
Le déficit en hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transférase chez l’homme est la
cause du syndrome de Lesh-Nyhan. Dans cette maladie génétique, le recyclage de
la guanine et de l’hypoxanthine est nul et conduit à leur synthèse de novo accrue
avec accumulation de PRPP. Les concentrations d’acide urique sont élevées et les
dépôts de cristaux d’urate se font dans tout le corps dès la naissance : arrièration
mentale et ataxie sont précoces. La maladie débute vers deux ans par un syndrome
d’auto-mutilation (doigts, orteils et lèvres).
Il semble qu’une voie de synthèse similaire existe pour les pyrimidines.
DIA18 et 19 :
Les cellules cancéreuses ont des besoins plus grands en nucléotides - pour la
synthèse des ARNs et la réplication de l’ADN - que les cellules normales. Cette
différence est mise à profit pour cibler par chimiothérapie certaines enzymes de la
voie de synthèse des nucléotides : les cellules cancéreuses sont plus sensibles que
les cellules normales à l’inhibition de la synthèse de novo des nucléotides.
Les analogues de la glutamine, comme l’azasérine et l’acivicine, sont des inhibiteurs
des glutamine amidotransférases qui participent à la synthèse de novo des
nucléotides.
Le fluoro-uracile est d’abord transformé par la cellule en fluoro-dUMP par recyclage
de cette base anormale. Le fluoro-dUMP est un inhibiteur de la thymidylate synthase,
seul enzyme capable de produire du dTMP, précurseur essentiel de l’ADN.
Le methotrexate et l’aminoptérine sont des analogues du folate. Ils lient la H2 folate
réductase avec une affinité 100 fois supérieure à celle du folate, inhibant l’enzyme.
Le triméthoprim est un antibiotique qui lie la H2 folate réductase bactérienne avec
une affinité 100.000 fois supérieure à celle de l’enzyme des mammifères, étant un
analogue du folate. Il est utilisé pour traiter les infections bactériennes urinaires et les
otites.
La conséquence de l’utilisation de ces composés est l’inhibition de la synthèse de
dTMP à partir du dUMP.
DIA20 et 21 :
L’AMP cyclique, ou AMPc, est un messager secondaire important produit par
l’adénylate cyclase membranaire à partir de l’ATP. L’enzyme forme un cycle entre le
C3’ et le C5’du ribose avec le phosphate, et libère du PPi. L’adénylate cyclase
membranaire est activée par les petites protéines G (Gsα) en aval de nombreux
récepteurs serpentins (GPCR), comme ceux du glucagon, de l’adrénaline et de la
TSH.
L’AMPc généré est catabolisé en AMP par les phosphodiestérases. Celles-ci sont la
cible de nombreux inhibiteurs à activités thérapeutiques importantes (théophylline
(bronchodilatateur), insuffisance cardiaque,….
Un mécanisme similaire existe pour la production de GMPc à partir du GTP, catalysé
par une guanylate cyclase membranaire. Le GMPc joue un rôle important notamment
au cours de l’érection, car il est produit en quantité dans les cellules musculaires
lisses des artères péniennes qui irriguent les corps caverneux. En induisant la
80
relaxation de ces cellules musculaires lisses, le GMPc permet le « remplissage » des
corps caverneux par le sang et l’érection. Les inhibiteurs de la phosphodiestérase de
type 5 (PDE-5), qui catalyse la dégradation du GMPc, sont des médicaments qui
traitent l’impuissance masculine par inhibition de la dégradation du GMPc.
La principale cible de l’AMPc est la protéine kinase A, ou PKA (pour Protéine Kinase
AMP cyclique dépendante). Cette protéine est composée de deux unités régulatrices
et deux unités catalytiques. La liaison de l’AMPc aux unités régulatrices induit un
changement de leur conformation qui libère les unités catalytiques qui phosphorylent
ensuite leurs nombreuses cibles dans le cytoplasme et le noyau.
81
CHAPITRE 13 : INTEGRATION DU METABOLISME AU NIVEAU TISSULAIRE ET
HORMONAL :
DIA1 :
La coordination et la régulation des voies métaboliques chez les mammifères sont
assurées par le système neuroendocrinien. Celui-ci se compose d’un système
neuronal et d’un système endocrinien.
Dans le système neuronal, les signaux électriques des neurones assurent la
libération de messagers à l’extrémité de l’axone : les neurotransmetteurs
(acétylcholine, adrénaline, noradrénaline, …). Ces messagers agissent sur une
distance très courte sur des récepteurs situés soit sur des neurones postsynaptiques et les activent, soit sur des cellules cibles (fibres musculaires lisses,
cellules sécrétrices).
Le système endocrinien se compose de tissus et de cellules qui sécrètent des
hormones (insuline, glucagon, adrénaline,…). Ces messagers gagnent la circulation
sanguine et se lient à leurs récepteurs dans différents organes à distance du lieu de
sécrétion. Certains neurotransmetteurs sont aussi des hormones (adrénaline et
noradrénaline).
DIA2 :
Dans la signalisation endocrine, le site de rencontre et de liaison de l’hormone à son
récepteur spécifique et donc la localisation cellulaire du récepteur est variable :
membranaire, cytosolique ou nucléaire (cf cours du Prof. F. Bureau, 2 ème BAC,
chapitre signalisation).
Si le récepteur est membranaire, la liaison de l’hormone à son récepteur déclenche
une cascade de signalisation intracellulaire : un, ou plus généralement plusieurs
messagers secondaires sont successivement produits dans la cellule (GMPc, AMPc,
activation d’enzymes (production d’inositol 1,4,5-trisphosphate), phosphorylation de
substrats (récepteurs à activité tyrosine kinase), entrée d’un ion,…). Cette cascade
de signalisation assure la transmission et l’amplification du signal à l’intérieur de la
cellule. Elle peut modifier l’activité d’enzymes préexistantes et/ou modifier la quantité
de ces enzymes après activation de facteurs de transcription. Le délai de réponse de
cette cascade est souvent très court (secondes).
Lorsque l’hormone est insoluble dans l’eau (stéroïdes, hormones thyroïdiennes,
acide rétinoïque…), elle traverse la membrane plasmique et se lie à son récepteur
soit dans le cytoplasme (et le complexe se dirige vers le noyau) soit directement
dans le noyau. Le complexe se lie à l’ADN sur des séquences nucléotidiques
spécifiques et active la transcription de gènes, modifiant la quantité d’enzyme
(diminution ou augmentation de la production d’enzyme). Le délai de réponse est
souvent long (heures, jours).
DIA3 :
La composition chimique des hormones est très variable : peptides, amines,
éicosanoïdes, dérivés du cholestérol ou de la vitamine A, gaz (NO). Les hormones se
lient soit à des récepteurs membranaires ou intracellulaires (le NO se lie à une
guanylate cyclase cytosolique soluble et déclenche la production de GMPc).
Les hormones endocrines sont libérées dans la circulation sanguine (insuline,
glucagon,…), les hormones paracrines agissent sur de courtes distances dans le
milieu extracellulaire qui entoure la cellule qui les a produites (leucotriènes,
prostaglandines), les hormones autocrines agissent sur des récepteurs à la surface
des cellules qui les ont produites.
DIA4 :
82
Les hormones peptidiques sont constituées de 3 à 200 acides aminés. Elles sont
synthétisées sous forme de prohormones : des précurseurs de l’hormone active qui
sont stockés dans les vésicules sécrétoires où elles subissent un clivage
protéolytique les rendant actives.
L’insuline, par exemple, est synthétisée sous forme d’une préprohormone. Le peptide
signal aminoterminal de 23 acides aminés lui permet de gagner la lumière des
vésicules sécrétoires. Ce peptide signal est ensuite clivé et 3 ponts disulfures sont
générés, conduisant à la production de la prohormone. Lorsque la glycémie est
élevée et déclenche la sécrétion d’insuline par les cellules beta du pancréas, la
proinsuline subit le processus final de maturation : clivage par des protéases
spécifiques générant l’hormone active contenant deux peptides A et B liés par deux
ponts disulfures (5800 Da) et libérant le peptide C.
DIA5 :
Dans certains cas, un seul peptide précurseur peut générer plusieurs hormones.
C’est le cas du précurseur pro-opiomélanocortine (POMC) qui subit plusieurs
clivages protéolytiques par des protéases spécifiques et génère l’α-, la β- et la γmelanocyte-stimulating hormone (MSH), l’adréno cortico tropic hormone (ACTH), la
β- et la γ-lipotrophine, la β-endorphine, la Met-encéphaline et le corticotropin-like
intermediary peptide (CLIP).
DIA6 :
Les catécholamines sont des hormones solubles dans l’eau : adrénaline,
noradrénaline. Elles sont synthétisées à partir de la tyrosine. L’adrénaline et la
noradrénaline sont à la fois des neurotransmetteurs (neurones du système nerveux
central et périphérique) et des hormones synthétisées dans la médullaire de la
glande surrénale. Ces hormones sont stockées dans des granules sécrétoires et
libérées par exocytose dans la circulation sanguine.
DIA7 :
Les hormones éicosanoïdes sont formées à partir de l’acide arachidonique libéré des
phospholipides membranaires par la phospholipase A2 activée. Cet acide gras subit
l’action de cyclooxygénases ou de lipooxygénases. Ces hormones ne sont pas
préformées et stockées dans des granules sécrétoires : elles sont synthétisées et
directement libérées dans l’espace extracellulaire lors de l’activation de la cellule.
Elles agissent dans l’environnement immédiat de la cellule sécrétrice (hormone
paracrine).
DIA8, 9 et 10:
Les hormones stéroïdes sont synthétisées à partir du cholestérol dans les gonades
(hormones sexuelles) et dans le cortex des glandes surrénales (corticostéroïdes,
dont les glucocorticoïdes (ex : le cortisol) et les minéralocorticoïdes (ex :
l’aldostérone)). Elles sont liées à des protéines porteuses dans la circulation
sanguine, traversent la membrane plasmique des cellules cibles et lient leur
récepteur nucléaire. Le complexe hormone-récepteur nucléaire lie sa séquence
nucléotidique cible sur l’ADN et active la transcription de gènes spécifiques.
Les glucocorticoïdes comme le cortisol régulent notamment le métabolisme des
glucides ; les minéralocorticoïdes régulent les concentrations d’électrolytes dans le
sang et les urines. Les androgènes (ex : testostérone) et les oestrogènes (ex :
estradiol) sont des hormones sexuelles synthétisées dans les testicules et les ovaires.
Ces hormones régulent notamment le développement des organes sexuels et le
comportement sexuel.
Le cortex de la glande surrénale est subdivisé en 3 parties : glomérulaire, réticulaire
et fasciculaire, chacune spécialisée dans la production d’hormones spécifiques.
83
Chez l’homme, le principal glucocorticoïde est le cortisol ; la corticostérone n’est
qu’un intermédiaire sur la voie de synthèse de l’aldostérone. Le cortisol agit sur les
voies métaboliques du glucose (voir plus loin dans ce chapitre), sur le système
immunitaire (c’est un anti-inflammatoire et immuno-suppresseur puissant) et est
aussi l’hormone type du stress chronique. Chez l’animal, la corticostérone joue un
rôle plus important : c’est LE glucocorticoïde principal. L’androstènedione est un
intermédiaire métabolique dans la synthèse des androgènes et donc de la
testostérone et des oestrogènes.
Les différentes enzymes qui participent à la synthèse de ces hormones à partir du
cholestérol ainsi que leur localisation subcellulaire (mitochondrie, réticulum
endoplasmique lisse) sont donnés : l’enzyme débranchant du cholestérol, les
hydroxylases 17α, 11β, 21α, l’aldostérone synthase, les hydroxystéroïde
déhydrogénases 3β et 17β, la 17, 20 lyase, l’aromatase et la 5α réductase.
DIA11 :
La synthèse des hormones thyroïdiennes se déroule dans la lumière des follicules
thyroïdiens. La thyroglobuline (TG), une glycoprotéine contenant 134 résidus tyrosine,
est sécrétée dans la lumière des follicules par les cellules thyroïdiennes. La
thyroperoxydase (TPO), une enzyme ancrée sur le versant luminal de la membrane
du pole apical des thyrocytes (le pole apical est celui en contact avec la lumière du
follicule, le pole basal est celui qui est en contact avec les capillaires sanguins)
catalyse :
- l’oxydation de l’iodure I-, capté par la thyroïde, en iode en présence d’H2O2 généré
par la thyroïde oxydase (ThOX),
- l’ajout d’un ou deux atomes d’iode sur ~20 résidus tyrosine de la thyroglobuline (=
monoiodotyrosine (MIT) et diiodotyrosine, DIT) et
- la formation, par condensation de deux diiodotyrosines (DIT), de tyroxine (ou T4)
toujours liée à la thyroglobuline. La thyroglobuline est ensuite endocytée par la
cellule thyroïdienne. Elle subit une protéolyse partielle libérant la T4 liposoluble qui
diffuse ensuite dans les capillaires sanguins de la thyroïde où elle se lie à des
protéines porteuses. Dans les tissus périphériques, la T4 est transformée en T3 plus
active par la déiodinase. La T3 se lie à son récepteur nucléaire dans les cellules
cibles et modifie l’expression de gènes spécifiques.
NIS : le Symporteur Sodium-Iodure (Natrium-Iodide Symporter, NIS) qui fait rentrer
dans la cellule thyroidienne 1 Na+ et 1 I- et concentre ainsi l’iodure dans les cellules
thyroidiennes.
DIA12 :
L’acide rétinoïque est synthétisé dans la cellule à partir du rétinol (la prohormone)
puis du rétinaldéhyde. Le rétinol est lui-même synthétisé à partir du β-carotène
alimentaire essentiellement dans les hépatocytes, puis transporté vers les cellules lié
à une Rétinol Binding Protein (RBP). Une fois produit, l’acide rétinoïque diffuse vers
les cellules avoisinantes (hormone paracrine), traverse leur membrane plasmique et
se lie à son récepteur nucléaire, modulant l’expression de centaines de gènes
impliqués notamment dans des programmes de différenciation cellulaire.
DIA13 :
L’acide rétinoïque est aussi une « hormone intracrine » : une fois synthétisé dans
une cellule à partir du rétinol et du rétinaldéhyde, il se lie directement à son récepteur
nucléaire dans la même cellule et module l’expression de gènes impliqués
notamment dans des programmes de différenciation cellulaire.
DIA14 :
84
L’oxyde nitrique (NO) est un gaz diffusible produit par la NO synthase (NOS). Il existe
3 isoformes de l’enzyme : eNOS (endothelial NOS, présente dans les cellules
endothéliales des vaisseaux sanguins), nNOS (neuronal NOS) et iNOS (inductible
NOS, présente dans les macrophages et induites par différents stimuli, comme la
présence d’un agent infectieux). Une fois synthétisé dans la cellule, le NO diffuse
vers les cellules avoisinantes (hormone paracrine), traverse leur membrane
plasmique et se lie à son récepteur cytosolique : la guanylate cyclase soluble. Cette
dernière produit alors le second messager GMPc. Le signal se termine notamment
par l’action d’une phosphodiestérase qui clive le GMPc en GMP.
DIA15 :
La voie de signalisation du NO joue un rôle important notamment dans la relaxation
des fibres musculaires lisses des artères et la vasodilatation. La voie est activée par
des hormones (ex : bradykinine) ou par le système nerveux périphérique (libération
d’acétylcholine par les terminaisons nerveuses). Ces médiateurs agissent sur leurs
récepteurs à la surface des cellules endothéliales des vaisseaux sanguins (artères
coronaires, péniennes,…) et stimulent la sortie de calcium du réticulum
endoplasmique vers le cytosol. Le complexe calcium-calmoduline active la NO
synthase endothéliale. Le NO diffuse vers les cellules musculaires lisses
avoisinantes et se lie à son récepteur cytosolique soluble : la guanylate cyclase. Le
GMPc produit active une protéine-kinase G (PKG, protéine kinase dépendante du
GMPc) qui inhibe la contraction de la fibre musculaire lisse, conduisant à une
relaxation de la fibre et à une dilatation de l’artère. Les dérivés nitrés (trinitrine,
prévention et traitement de l’angine de poitrine par dilatation des artères coronaires ;
activateurs de la NO synthase) et les inhibiteurs de certaines phosphodiestérases
(Viagra, traitement de certaines formes d’impuissance, prolongation du signal GMPc
par inhibition de sa dégradation) agissent sur cette voie de signalisation.
DIA16 :
C’est le système nerveux central (SNC) qui contrôle la sécrétion de la plupart des
hormones. Le SNC intègre les informations venant de la périphérie (les organes
sensoriels externes (yeux, oreilles, toucher…) et internes (barorécepteurs,…)) qui le
renseignent sur la présence d’un changement externe ou interne : d’un danger, de la
valeur de la pression artérielle, de la prise d’un aliment…, et qui orchestre la réponse
hormonale adéquate.
L’hypothalamus est le centre de coordination de cette réponse hormonale : ses
différentes populations neuronales peuvent libérer dans la circulation sanguine des
hormones peptidiques de type Releasing Factors (RF). Ceux-ci gagnent l’hypophyse
antérieure et stimulent la sécrétion de différentes hormones : ACTH, TSH, FSH, LH,
hormone de croissance et prolactine. Ces hormones gagnent leurs tissus cibles, se
lient à leur récepteur spécifique, ce qui entraine, souvent, la sécrétion d’autres
hormones dans la circulation sanguine (cortisol, aldostérone, corticostérone, T4, T3,
progestérone, estradiol, testostérone).
L’hypothalamus possède aussi des prolongements nerveux dans l’hypophyse
postérieure (neurohypophyse) où les terminaisons axonales libèrent deux hormones
peptidiques directement dans la circulation sanguine: l’ocytocine et la vasopressine
(ADH, ou hormone anti-diurétique).
La sécrétion d’adrénaline par la glande surrénale est stimulée par l’activation de
terminaisons nerveuses spécifiques. La sécrétion d’insuline, de glucagon et de
somatostatine est régulée principalement par le niveau de glycémie. Il existe aussi
des cellules endocrines qui libèrent des hormones au niveau du tube digestif, de
l’épiphyse et du thymus.
85
DIA17 :
Le système hypothalamo-hypophysaire est détaillé, notamment les réseaux
capillaires qui l’irriguent.
Le mécanisme de sécrétion d’hormones en cascade permet l’amplification du signal :
nanogramme, microgramme et finalement milligramme d’hormone sécrétée. La
cascade est contrôlée par des mécanismes de type feedback négatif (ou rétrocontrôle négatif) empêchant l’emballement du système de sécrétion et la production
excessive d’hormone.
DIA18 :
Chaque organe de l’organisme a sa fonction spécifique : le muscle squelettique
permet de bouger ; le tissu adipeux stocke et libère de l’énergie sous forme de
graisse ; dans le cerveau, les cellules nerveuses pompent des ions au travers de la
membrane plasmique pour générer de l’activité électrique ; le foie joue un rôle central
dans le métabolisme et fournit les autres tissus en substrats énergétiques via la
circulation sanguine,…C’est la division du travail dans des organes spécialisés.
DIA19 :
Foie/métabolisme du glucose. Le glucose 6-phosphate est au centre du métabolisme
des hydrates de carbone dans le foie. Les caractéristiques du transporteur de
glucose GLUT2 permettent à l’hépatocyte d’avoir une concentration intracellulaire de
glucose similaire à celle du sang circulant.
Les caractéristiques spécifiques de l’hexokinase IV (ou glucokinase) présente dans
les hépatocytes assurent une phosphorylation (et une rétention dans la cellule) du
glucose lorsque la glycémie est très élevée (repas). De plus, l’activité de la
glucokinase n’est pas inhibée par le glucose 6-P, le produite réactionnel,
contrairement aux autres hexokinases.
Par contre, lorsque la glycémie est basse, la phosphorylation du glucose par la
glucokinase hépatique est minimale et cette caractéristique prévient l’entrée du peu
de glucose sanguin dans la glycolyse hépatique. Au contraire, le peu de glucose
circulant est alors épargné pour être consommé par les tissus extra-hépatiques.
1. Le glucose 6-P peut être déphosphorylé en glucose qui gagne la circulation
sanguine, ce qui assure le maintien de la glycémie à 4 mM minimum et permet au
cerveau et aux autres organes d’être fourni en substrat énergétique.
2. Le glucose 6-P peut être stocké dans l’hépatocyte sous forme de glycogène.
3. Le glucose 6-P peut entrer dans la glycolyse, fournissant des molécules d’ATP aux
hépatocytes. Cependant, dans le foie, le substrat énergétique préféré pour la
production d’ATP sont les acides gras.
4. L’acétyl-CoA sert à la production d’acides gras (précurseur des triacylglycérols et
des phospholipides) et de cholestérol. La majeure fraction des lipides produits dans
les hépatocytes sont exportés sous forme de lipoprotéines vers les autres tissus.
5. Le glucose 6-P peut aussi entrer dans la voie des pentoses phosphates,
fournissant l’hépatocyte en NADPH (nécessaire à la synthèse des acides gras et du
cholestérol) ou en ribose 5-P (précurseur des nucléotides).
DIA20 :
Foie/Métabolisme des acides aminés.
1. Les acides aminés qui entrent dans l’hépatocyte peuvent participer à la synthèse
protéique : le turnover des protéines hépatiques est particulièrement élevé par
rapport aux autres organes et la plupart des protéines plasmatiques sont
synthétisées au niveau du foie.
2. Ils peuvent aussi quitter le foie pour la circulation sanguine et participer à la
synthèse de protéines dans les tissus extrahépatiques.
86
3. Certains acides aminés peuvent servir de précurseurs à la synthèse de molécules
complexes dans le foie et d’autres tissus (porphyrine : glycine ; hormones :
noradrénaline, adrénaline (tyrosine); nucléotides : glutamine, glycine, aspartate).
4. Les acides aminés qui ne sont pas nécessaires à la synthèse de molécules
complexes sont transaminés en NH4+ et squelette carboné. Le NH4+ est incorporé
dans l’urée qui est éliminée par voie rénale (cycle de l’urée).
5. Le squelette carboné peut participer à la synthèse de glucose qui sera libéré dans
la circulation sanguine (gluconéogénèse).
6. Le catabolisme du squelette carboné peut conduire à la production d’acétyl-CoA.
Celui-ci peut être oxydé dans le cycle de Krebs et produire des molécules d’ATP (7,
8)
9. Il peut aussi participer à la synthèse d’acides gras et de triacylglycérols (stock
d’énergie).
10. Le squelette carboné, via certains métabolites du cycle de Krebs, peut participer
à la synthèse de glucose (gluconéogénèse) .
11. En cas de jeûne prolongé, les acides aminés provenant du catabolisme des
protéines des muscles squelettiques transfèrent dans la fibre musculaire leur groupe
aminé sur le pyruvate, produisant de l’alanine. L’alanine quitte le muscle et gagne le
foie par la circulation sanguine où la réaction inverse se produit. Le pyruvate généré
dans l’hépatocyte participe à la synthèse de glucose (gluconéogénèse (5)) qui est
libéré dans la circulation sanguine (cycle glucose-alanine).
DIA21 :
Foie/Métabolisme des acides gras.
1. Les acides gras qui entrent dans le foie peuvent participer à la synthèse hépatique
de lipides : phospholipides et triacylglycérols.
2-4. Mais les acides gras sont le substrat énergétique principal de l’hépatocyte : ils
servent à produire des molécules d’ATP.
5. L’excès d’acétyl-CoA produit au départ des acides gras peut être exporté sous
forme de corps cétoniques vers les autres tissus où ils servent de substrat
énergétique majeur en cas de jeûne prolongé (70% et 30% de l’apport énergétique
du cerveau et du cœur dans cette condition).
6. Certains acétyl-CoA dérivés des acides gras et du glucose participent à la
synthèse du cholestérol. Celui-ci sert de précurseurs aux sels biliaires et aux
hormones stéroïdes.
7. Les acides gras peuvent aussi être convertis en triacylglycérols et phospholipides
pour exportation par les lipoprotéines vers les tissus périphériques, dont le tissu
adipeux, où les triacylglycérols seront stockés.
8. Une fraction des acides gras hépatique est transportée dans le sang liée à
l’albumine sérique vers les muscles squelettiques et cardiaque qui les oxydent pour
la production d’ATP.
Le foie stocke aussi le Fer et la vitamine A, et détoxifie certains composés comme
les médicaments et les additifs alimentaires (hydroxylation dépendante du
cytochrome P-450).
DIA22 :
Tissus adipeux brun et blanc. On distingue deux grands types de tissus adipeux : le
tissu adipeux blanc, où les adipocytes sont larges, avec une seule vacuole lipidique
large qui repousse le noyau et les quelques mitochondries en périphérie, et le tissu
adipeux brun, où les adipocytes sont plus petits, contiennent de nombreuses
mitochondries et de multiples petites vacuoles lipidiques. Ces deux tissus se
distinguent aussi par leur localisation dans l’organisme et leur présence chez l’adulte.
87
Le tissu adipeux brun doit sa couleur à la grande quantité de mitochondries et de
capillaires sanguins qu’il contient (cytochrome/hémoglobine).
DIA23 :
Les caractéristiques majeures des deux types de tissu adipeux sont résumés dans la
dia.
DIA24 :
Muscle squelettique. Les différents types de fibres musculaires sont décrits, ainsi que
leurs caractéristiques spécifiques.
DIA25 :
Les substrats énergétiques disponibles au niveau du muscle squelettique sont
donnés. Le glycogène hépatique peut être sollicité : libération du glucose dans la
circulation sanguine et captation par les fibres musculaires squelettiques. Les acides
gras proviennent du tissu adipeux et les corps cétoniques du foie. Selon le type
d’effort et le type de fibre musculaire activée, différents substrats sont utilisés pour
produire de l’ATP. Un effort très intense épuise très rapidement les réserves de
glycogène musculaire et produit du lactate, ce qui limite sa durée (100 m).
L’adrénaline permet d’activer au mieux la glycogénolyse hépatique et musculaire afin
d’amener le plus de glucose possible dans la fibre musculaire. Trois ATP sont
produits par molécule de glucose qui provient de la lyse du glycogène musculaire et
qui est catabolisée en lactate (le glycogène fournit du glucose 1-P qui est transformé
en glucose 6-P, épargnant un ATP puisque la première étape de la glycolyse
(phosphorylation du glucose en glucose 6-P par l’hexokinase) n’est pas nécessaire).
DIA26 :
La créatine phosphate représente une source rapide (cytoplasmique) d’ATP dans la
fibre musculaire au début de l’effort. Elle permet de maintenir la concentration d’ATP
constante lors du commencement de l’activité physique intense. Après l’effort, le
stock de créatine phosphate est régénéré à partir de l’ATP produit dans la
mitochondrie.
La créatine est catabolisée en créatinine, qui est éliminée par le rein (filtrée au niveau
glomérulaire, mais pas réabsorbée et très peu sécrétée au niveau des tubes rénaux).
Vu que la production de créatinine est stable dans l’organisme (elle est
proportionnelle à la masse musculaire), la créatininémie est une mesure fiable de la
filtration glomérulaire rénale. Cette mesure est donc affectée dans les pathologies
rénales où la filtration glomérulaire est altérée (insuffisance rénale).
DIA27 :
Après un effort intense, le rythme respiratoire reste élevé pendant un moment, puis
diminue progressivement. L’oxygène consommé pendant la phase de récupération
sert notamment à produire de l’ATP principalement au niveau du foie pour générer
du glucose (gluconéogenèse) à partir du lactate provenant du muscle. Ce glucose
est libéré dans la circulation sanguine, est capté dans le muscle et régénère le stock
de glycogène musculaire qui avait été épuisé lors de l’effort. C’est le fameux cycle de
Cori.
Le couplage entre la lyse de l’ATP lors de la contraction de la fibre musculaire et le
travail de contraction musculaire n’est pas parfait, et une partie de l’énergie est
libérée sous forme de chaleur. Ceci est mis à profit pour « réchauffer » le corps :
activité musculaire volontaire ou frissons involontaires.
La fibre musculaire cardiaque est beaucoup plus riche en mitochondrie que la fibre
musculaire squelettique. Elle consomme principalement des acides gras (un peu de
glucose et de corps cétoniques) pour produire de l’ATP dans la chaîne respiratoire :
métabolisme aérobie continu et exclusif. Comme la fibre musculaire squelettique, la
88
fibre cardiaque ne stocke que très peu de glycogène et de lipides. La moindre
diminution de l’apport en O2 au muscle cardiaque est donc très dommageable et
entraîne une mort cellulaire (infarctus du myocarde sur thrombose ou plaque
d’athérome dans les artères coronaires).
DIA28 :
Le cerveau est un grand consommateur d’O2 : la totalité de la production d’ATP dans
le cerveau s’effectue par respiration cellulaire (chaîne respiratoire et ATP synthase).
Il consomme ~20% de l’O2 inhalé. Il n’y a que très peu de glycogène dans les
cellules nerveuses, elles sont donc totalement dépendantes de présence de glucose
(ou de corps cétoniques en cas de jeûne prolongé) dans la circulation sanguine.
La production d’ATP au niveau des neurones sert principalement à créer et maintenir
une différence de potentiel électrique de part et d’autre de la membrane plasmique,
grâce à la Na+ K+ ATPase.
L’astrocyte utilise, lui, les acides gras comme substrat énergétique.
DIA29 :
Un des premiers symptômes de l’hypoglycémie est l’irritabilité, conséquence du
mauvais fonctionnement du cerveau. Une glycémie basse entraîne rapidement des
altérations d’abord transitoires puis rapidement définitives du cerveau.
DIA30 :
Régulation hormonale du métabolisme : 4 hormones et 3 états distincts : postprandial (nourri), jeûne et jeûne prolongé.
DIA31 :
Suite à l’ingestion d’un repas riche en calories, le glucose passe dans la circulation
sanguine et déclenche la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Agissant
via son récepteur à la surface des fibres musculaires et des adipocytes, l’insuline
provoque l’entrée d’une fraction du glucose circulant dans le muscle (synthèse de
glycogène musculaire et glycolyse) et le tissu adipeux (glycolyse).
Dans le foie, l’insuline active la synthèse de glycogène à partir de l’excès de glucose
circulant capté lors d’un repas (glycogène hépatique). L’excès de glucose capté par
le foie est aussi dirigé vers la glycolyse où il est catabolisé en acétyl-CoA. Ce dernier
peut rentrer dans le cycle de Krebs et assurer la production d’ATP au niveau
hépatique mais surtout participer à la synthèse d’acides gras puis de triacylglycérols
qui seront exportés sous forme de VLDL vers le tissu adipeux (synthèse de
triacylglycérols et stockage dans la vésicule lipidique) et le muscle (oxydation et
production d’ATP).
Les acides aminés alimentaires sont captés par le foie : synthèse protéique
(protéines hépatiques et plasmatiques), catabolisme de l’excès en groupe aminé
(synthèse d’urée) et squelette carboné qui via le pyruvate et l’acétyl-CoA, participe
aussi à la synthèse d’acides gras puis de triacylglycérols qui sont exportés.
Les lipides alimentaires sont exportés sous forme de chylomicrons vers le tissu
adipeux et le muscle (synthèse de triacylglycérols dans le premier, oxydation et
production d’ATP dans le second). Les résidus de chylomicrons (« remnants ») sont
captés par le foie.
DIA32 :
L’action de l’insuline sur la captation de glucose, la synthèse et la dégradation du
glycogène, la glycolyse hépatique et musculaire et la synthèse d’acides gras et de
triacylglycérols. Les enzymes cibles sont indiquées à chaque fois.
DIA33 :
Quelques heures après un repas, la concentration de glucose circulant chute, à
cause de sa consommation par les tissus, dont le cerveau. La chute de la glycémie
89
entraîne une sécrétion de glucagon par les cellules α du pancréas. Le glucagon
favorise un retour à une glycémie normale : il stimule la dégradation du glycogène
hépatique (et inhibe sa synthèse), il stimule la synthèse de glucose par le foie
(gluconéogénèse) et inhibe la glycolyse hépatique. En effet, il inhibe - entre autres la pyruvate kinase (qui transforme le PEP en pyruvate) ; l’accumulation de PEP
favorise la gluconéogénèse. Tous ces effets favorisent la libération de glucose dans
la circulation sanguine, rétablissant ainsi une glycémie normale.
Au niveau du tissu adipeux, le glucagon favorise la lyse des molécules de
triacylglycérol et l’exportation des acides gras vers le foie, le muscle et d’autres tissus,
épargnant le peu de glucose circulant pour le cerveau.
Les acides aminés libérés par protéolyse au niveau des muscles et du foie servent
de substrat à la gluconéogénèse hépatique, de même que le glycérol libéré au
niveau du tissu adipeux par la lyse des triacylglycérols.
Les acides gras sont le substrat énergétique principal, sauf pour le cerveau. L’excès
d’acétyl-CoA provenant de l’oxydation des acides gras dans le foie sert à la synthèse
de corps cétoniques qui sont libérés dans la circulation sanguine.
DIA34 :
Tous les effets du glucagon sont médiés par une augmentation de l’AMPc,
l’activation de protéines kinases AMPc-dépendantes (PKA) et la phosphorylation de
substrats (enzymes). Il en résulte une dégradation du glycogène hépatique, une
activation de la gluconéogénèse hépatique, une mobilisation du stock de
triacylglycérol des adipocytes (et la libération d’acides gras qui servent de substrats
énergétiques pour la plupart des tissus), et une synthèse de corps cétoniques.
DIA35 et 36 :
En cas de jeûne prolongé, on observe spécifiquement au niveau du foie :
- une protéolyse très importante et une conversion des squelettes carbonés des
acides aminés en pyruvate ou d’autres intermédiaires du cycle de Krebs. Ces
intermédiaires et le glycérol libéré par la lyse des triacylglycérols dans le tissu
adipeux servent de substrats à la gluconéogénèse.
- La source d’énergie provient de l’oxydation des acides gras libérés par le tissu
adipeux en acétyl-CoA. Comme l’oxaloacétate est puisé hors du cycle de Krebs par
la gluconéogénèse très active, le cycle de Krebs tourne au ralenti et les acétyl-CoA
provenant de l’oxydation des acides gras ne peuvent pas y rentrer et s’accumulent
dans la mitochondrie. L’accumulation d’acétyl-CoA favorise la formation de glucose à
partir du pyruvate (gluconéogénèse, Dia 36) et non l’entrée des acétyl-CoA dans le
cycle de Krebs. Cette situation favorise la synthèse de corps cétoniques à partir des
acétyl-CoA accumulés ; ceux-ci sont déversés dans la circulation sanguine. Ils sont
alors utilisés comme principale source d’énergie par les muscles, le cœur et surtout
le cerveau.
Une situation similaire est présente dans le diabète de type 1 décompensé :
l’absence d’insuline empêche l’entrée du glucose dans les tissus, en particulier dans
les muscles et le tissu adipeux (pas de relocalisation du transporteur GLUT4 du
cytoplasme vers la membrane pour capter le glucose dans la cellule) et le foie (pas
d’activation de la glucokinase, voir Dia 32 de ce chapitre). Les tissus dépendent donc
des acides gras pour leur source d’énergie : la lyse des triacylglycérols dans le tissu
adipeux est donc très active. Dans le foie, l’oxydation des acides gras libérés par le
tissu adipeux est incomplète et s’arrête à l’acétyl-CoA qui ne peut pas rentrer dans le
cycle de Krebs. En effet, la gluconéogénèse est très active (insuline absente (donc
pas d’inhibition de la gluconéogenèse), glycérol du tissu adipeux et lyse des
protéines tissulaires pour produire du glucose dans le foie à partir des acides aminés)
90
et l’oxaloacétate est donc puisé hors du cycle de Krebs, ce qui le ralentit. De plus,
l’oxydation très importante des acides gras entraîne une augmentation importante du
rapport NADH/NAD+ dans la mitochondrie, ce qui ralentit aussi le cycle de Krebs par
manque de NAD+ (au cours du cycle de Krebs, du NAD+ est aussi converti en NADH
dans plusieurs étapes). L’accumulation d’acétyl-CoA entraîne ici aussi une
production importante de corps cétoniques (acido-cétose).
DIA37 :
Lorsqu’un animal est confronté à une situation de stress aigu exigeant une activité
musculaire immédiate (« se battre ou fuir »), le cerveau commande la sécrétion
d’adrénaline et de noradrénaline par la médullaire surrénale. Ces hormones
préparent l’animal à cette activité musculaire imminente: augmentation du rythme
cardiaque et de la pression sanguine, augmentation du rythme respiratoire, dilatation
des bronches : tout ce qui favorise une meilleure oxygénation des tissus (en
particulier des muscles) et une meilleure circulation des substrats énergétiques.
L’adrénaline agit principalement au niveau des muscles, du tissu adipeux et du foie
selon le tableau présenté dans la dia : mobilisation des réserves énergétiques et
production de substrats énergétiques: glucose et acides gras.
DIA38 :
Une variété de stress (le stress chronique) provoque la sécrétion de cortisol
(hormone corticostéroïde) par le cortex de la glande surrénale : anxiété, peur,
hémorragie, hypoglycémie, famine. Le cortisol agit sur le foie, le muscle et le tissu
adipeux pour mobiliser les substrats énergétiques afin de résister au stress. Il agit au
niveau transcriptionnel pour moduler l’expression d’enzymes qui participent à ces
voies métaboliques ; son action est donc relativement lente.
Le cortisol stimule la lyse des triacylglycérols du tissu adipeux (acides gras et
glycérol), la lyse des protéines musculaires (acides aminés exportés vers le foie :
gluconéogénèse). Il favorise la gluconéogénèse à partir des acides aminés et du
glycérol par synthèse de la PEP carboxykinase dans le foie.
DIA39 :
La régulation de la masse corporelle et de la prise de nourriture est un sujet
d’actualité tant chez l’homme que l’animal. On estime que 30% des hommes adultes
et 15% des enfants sont obèses actuellement, et les chiffres ne font qu’augmenter
d’année en année. Chez l’homme (et probablement aussi chez l’animal), l’obésité est
associée à un risque accru de développer le diabète de type 2, des maladies
cardiovasculaires (conduisant à l’infarctus du myocarde ou cérébral), des cancers
(colon, prostate, sein,…),…
DIA40 :
Chez l’homme, le poids normal, la surcharge pondérale et l’obésité sont définies par
la valeur du BMI (Body Mass Index). Celui-ci se calcule en divisant le poids (en kg)
par la taille (en mètre) au carré.
DIA41 :
Les mécanismes de contrôle de la masse corporelle et de la prise de nourriture
dépendent en grande partie d’hormones peptidiques sécrétées principalement par le
tissu adipeux. Ce tissu n’est donc pas seulement une réserve de triacylglycérols
mobilisables, mais c’est aussi un organe endocrine : les adipocytes sécrétent des
hormones autocrines, paracrines et endocrines qui renseignent différents organes,
dont le cerveau, de l’état de leurs réserves en triacylglycérols.
La première hormone peptidique identifiée a été, en 1994, la leptine. Deux modèles
murins très semblables d’obésité « naturelle » sont la conséquence de l’inactivation
soit de la leptine elle-même (souris ob/ob), soit de son récepteur (souris db/db). Ces
91
deux souris développent une obésité monstrueuse et, comme conséquence directe,
un diabète de type 2 (résistance périphérique à l’action de l’insuline).
DIA42 :
La quantité de leptine présente dans la circulation sanguine est fonction de la masse
du tissu adipeux (en fait, plus exactement de la taille et du nombre d’adipocytes). Si
la masse de tissu adipeux est grande, la sécrétion de leptine est importante. La
leptine renseigne principalement le cerveau sur l’état des stocks périphériques de
triacylglycérols.
De manière très simplifiée, au niveau de l’hypothalamus (et plus exactement du
noyau arqué de l’hypothalamus qui regroupe 2 populations de neurones distincts),
l’activation du récepteur à la leptine mène à une diminution de l’appétit et à une
réponse neuronale sympathique (noradrénaline) qui va réguler l’utilisation des
triacylglycérols dans le tissu adipeux.
DIA43 :
La lyse des triacylglycérols induite par la libération de noradrénaline au niveau du
tissu adipeux est suivie d’une oxydation des acides gras dans la mitochondrie. Le
gradient de protons qui est généré sert à la production de chaleur, car les protéines
découplantes UCP sont exprimées et ne permettent pas de synthétiser d’ATP.
DIA44 :
Au niveau de l’hypothalamus, la leptine inhibe l’activité de neurones orexigènes (qui
stimulent l’appétit en produisant et libérant le neuropeptide Y) et active celle de
neurones anorexigènes (qui diminuent l’appétit en produisant et libérant de la
mélanocortine, ou α-MSH (pour α-Melanocyte Stimulating Hormone). Il en résulte
une diminution de l’appétit et une dissipation de l’énergie sous forme de chaleur.
D’autres hormones agissent aussi sur ces neurones du noyau arqué: l’insuline, qui
renseigne comme la leptine sur l’état des stocks périphériques de triacylglycérols, en
plus de la concentration sanguine de glucose ; la ghréline et l’adiponectine, qui ont
un effet inverse à ceux de la leptine et de l’insuline (augmente l’appétit), et le peptide
PYY3-36, qui inhibe la prise de nourriture lorsque le résidu des aliments ingérés
pénètre dans le colon.
Les deux populations de neurones orexigènes et anorexigènes interagissent dans le
noyau arqué pour s’inhiber l’une l’autre et augmenter leur influence sur les
populations neuronales encore peu définies qui contrôlent, en aval de ces deux
populations, la prise alimentaire et le contrôle du métabolisme.
DIA45 :
Le nom, l’origine tissulaire et les effets des différentes hormones peptidiques qui
agissent sur les deux populations neuronales du noyau arqué sont donnés.
DIA46 :
La raison d’être du système d’information des neurones du noyau arqué par la
leptine et l’adiponectine sur les réserves en triacylglycérols de l’organisme est
discutée.
L’adiponectine est une hormone peptidique sécrétée par le tissu adipeux. Sa
concentration sanguine est élevée lorsque les stocks de triacylglycérols sont faibles,
à l’inverse de la leptine. Elle agit sur son récepteur à la surface de nombreux tissus
et ses effets sont principalement médiés par l’activation d’une enzyme ubiquitaire :
l’AMPK, ou AMP-activated Protein Kinase.
DIA47 :
L’AMPK est activée par l’adiponectine et l’exercice physique (consommation d’ATP,
production d’ADP), mais aussi par toute chute de la concentration cellulaire en ATP
et surtout par l’augmentation de la concentration cellulaire en AMP (qui est le reflet
92
de l’augmentation de la concentration en ADP lorsque, par exemple, les réactions
anaboliques consommatrices d’ATP sont activées (d’où son nom : « activée par
l’AMP »).
L’AMPK agit par phosphorylation de substrats pour augmenter l’appétit (cerveau),
diminuer le processus d’oxydation d’acides gras pour générer de la chaleur
(thermogénèse dans le tissu adipeux brun), diminuer les processus anaboliques en
général (synthèse de cholestérol, d’acides gras, de glycogène et de protéines) et
favoriser les processus de dégradation (catabolisme) : favoriser l’entrée du glucose
dans les cellules (dépendante des GLUT1 et GLUT4) et la glycolyse, favoriser
l’entrée et l’utilisation des acides gras dans le muscle cardiaque et squelettique.
Cette enzyme agit aussi positivement sur la gluconéogénèse, afin de subvenir aux
besoins en glucose du cerveau.
C’est donc l’enzyme caractéristique du jeûne prolongé et de la famine : inhibition des
processus métaboliques qui consomment de l’énergie (les synthèses) et stimulation
de ceux qui en produisent, afin d’assurer la survie de l’organisme (catabolisme), et
stimuler l’appétit.
93
CHAPITRE 14 : RUMINANTS/VITAMINE B12
DIA1 :
Les deux particularités les plus spectaculaires du métabolisme des ruminants sont : 1.
la présence du rumen contenant une microflore composée de bactéries, de
protozoaires, de levures et de champignons qui assure la dégradation des aliments
en composés simples dans des conditions anaérobies (fermentations) ; la
composition, le rôle et la diversité de la flore microbienne du rumen ont été présentés
dans le cadre des Travaux Dirigés de 3ème BAC par le Dr. A. Pirlot.
2. Le catabolisme par cette flore microbienne des hydrates de carbone en acides
gras volatils (AGV) et leurs devenirs dans l’organisme du ruminant.
DIA2 :
Plus de 90% du glucose ingéré par les ruminants sont transformés en AGV par la
microflore du rumen. D’abord en pyruvate par la glycolyse, ensuite en propionate
(20%), acétate (65%) et butyrate (15%) par fermentation propionique, acétique et
butyrique, respectivement. Le peu de glucose non catabolisé par la flore microbienne
dans le rumen (10%) qui atteint le duodénum sera absorbé intact et passe dans la
circulation sanguine (d’où la glycémie basse des ruminants par rapport aux animaux
monogastriques).
Approximativement la moitié du propionate généré est retenu dans la paroi du
rumen ; les autres 50% passent dans la circulation sanguine (veine porte) et
atteignent le foie où ils participent à la synthèse de glucose (gluconéogénèse). La
gluconéogénèse hépatique est donc un processus obligé et actif chez le ruminant
alimenté !
Le glucose généré dans le foie à partir du propionate gagne les tissus périphériques
via la circulation sanguine où il sert de source d’énergie (production d’ATP :
contraction musculaire, synthèse de molécules complexes (protéines,…)), de lactose
et de glycérol 3-phosphate (mamelle : production de lactose et de triacylglycérols
pour le lait).
Approximativement 30% de l’acétate produit dans le rumen sont directement
consommés par les viscères ; le reste de l’acétate passe dans la circulation sanguine
et gagne les tissus périphériques sans être métabolisé par le foie. Dans ces tissus
périphériques, l’acétyl-CoA synthétase transforme l’acétate en acétyl-CoA qui sert de
source énergétique (production d’ATP) et de substrat à la synthèse d’acides gras (et
puis de triacylglycérols). Le foie ne catalyse pas la transformation de l’acétate
ruminal en acétyl-CoA : l’acétyl-CoA synthétase est très peu active dans les
hépatocytes.
Une fraction de l’acétate généré dans le rumen par la microflore participe à la
production de CO2 et d’H2, substrats de la méthanogénèse assurée par les
microorganismes de type Archaea :
CH3-COOH + 2H2O → 2CO2 + 4H2
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Approximativement 92% du butyrate produit par la microflore ruminale sont
transformés en β-hydroxybutyrate dans la paroi du rumen (avec la butyryl-CoA
synthétase comme première enzyme, cf TD) ; les 8% restant le sont dans le foie
(butyryl-CoA synthétase hépatique). La cétogénèse est donc un processus obligé et
actif chez le ruminant alimenté !
Le β-hydroxybutyrate généré (principalement) dans le rumen et (un peu) dans le foie
gagne les tissus périphériques via la circulation sanguine; il y est transformé en 2
acétyl-CoA en plusieurs étapes. Ceux-ci servent de source énergétique (production
d’ATP) et de substrat à la synthèse d’acides gras, puis de triacylglycérols. La
94
cétogenèse chez le ruminant permet donc d’épargner le peu de glucose disponible,
car celui-ci est presque totalement métabolisé dans le rumen par la flore microbienne,
d’où les valeurs basses de glycémies chez les ruminants par rapport aux animaux
monogastriques.
Le détail de ces réactions biochimiques et de leurs régulations ont fait l’objet d’une
séance de Travaux Dirigés.
DIA3 :
La néoglucogénèse propionate-dépendante des hépatocytes des ruminants
commence par la synthèse de propionyl-CoA, catalysée par la propionyl-CoA
synthétase en présence d’ATP et de CoA. La réaction libère le propionyl-CoA, de
l’AMP et du PPi. Ce dernier est clivé en 2Pi par la pyrophosphatase (cf chapitre sur
la β-oxydation des acides gras).
D’autres voies cataboliques mènent aussi à la production de propionyl-CoA : la
dégradation d’acides gras à nombre impair de carbones et les catabolismes de la
Valine et de la thymine (voir les chapitres correspondants). Cette pyrimidine entraîne
la formation de méthylmalonyl-semialdéhyde qui intègre la voie catabolique de la
Valine.
Le succinyl-CoA généré après 3 réactions entre dans le cycle de Krebs. Dans le cas
de la néoglucogénèse propionate-dépendante des ruminants, il sera transformé en
oxaloacétate puis directement en PEP (par la PEP carboxykinase) et enfin en
glucose. Le glucose sera libéré dans la circulation sanguine pour alimenter en
énergie les tissus dépendants de ce substrat et en glycérol 3-P le tissu adipeux et la
mamelle (synthèse de triacylglycérols).
DIA4 :
La première étape est une carboxylation du propionyl-CoA en D-méthylmalonyl-CoA.
Cette étape requiert la biotine comme cofacteur (carboxybiotine, puis mouvement du
bras et enfin transfert de l’unité à un atome de carbone sur le substrat ; cf pyruvate
carboxylase).
DIA5 :
Dans la seconde réaction, le D-méthylmalonyl-CoA est épimérisé en Lméthylmalonyl-CoA par l’épimérase. La dernière réaction, catalysée par la
méthylmalonyl-CoA mutase, est un réarrangement intramoléculaire qui nécessité le
coenzyme B12 (ou 5’-désoxyadénosylcobalamine). Il s’agit d’un échange de
substituants portés par deux carbones adjacents qui mène à la production de
succinyl-CoA qui intègre ensuite le cycle de Krebs.
DIA6 :
Le coenzyme B12 catalyse des réactions d’échange de substituants portés par des
carbones adjacents au sein d’une molécule. Il est synthétisé à partir de la vitamine
B12. Ce cofacteur comporte un noyau corrine presque plan (en bleu), formé de 4
molécules de pyrrole au centre desquelles se trouve un atome de cobalt. Cet atome
de cobalt est lié au diméthyl-benzimidazole ribonucléotide (en jaune) et ce dernier est
lié à une chaîne latérale du noyau corrine par le phosphate du C3’.
L’atome de cobalt peut encore établir une 6ème liaison avec soit le cyanure
(cyanocobalamine), soit le groupe hydroxyl (hydroxycobalamine), soit un groupe
méthyl (méthylcobalamine) ou le groupe 5’-désoxyadénosyl (en rouge ; 5’désoxyadénosyl-cobalamine). Ce dernier est synthétisé après l’attaque du C5’ de
l’ATP par l’atome de cobalt, libérant du triphosphate (ou PPPi).
DIA7 :
Le mécanisme d’échange des deux substituants des deux carbones adjacents de la
molécule par le coenzyme B12 est présenté dans cette dia.
95
DIA8 :
Chez les mammifères, il existe une seconde réaction enzymatique catalysée par ce
coenzyme B12 : la synthèse de méthionine à partir d’homocystéine par la méthionine
synthase en présence de méthyl H4 folate et du coenzyme B12. Ici, le groupe méthyl
du méthyl H4 folate est d’abord transféré sur la cobalamine, formant la méthylcobalamine, avant d’être ajouté à l’homocystéine.
DIA9 :
La méthionine et l’ATP servent de substrats lors de la synthèse d’un cofacteur
donneur de groupe CH3 : la S-adénosylméthionine (adoMet). L’atome de soufre de
la méthionine va attaquer le C5’ du ribose de l’ATP et libérer du triphosphate (PPPi,
catabolisé en PPI et Pi). Ce cofacteur est un agent alkylant puissant et le transfert du
groupe méthyl conduit à la formation de S-adénosyl-homocystéine qui est ensuite
hydrolysée en homocystéine et adénosine.
Ce cofacteur S-adénosylméthionine joue un rôle important lors de la synthèse de
certains acides aminés chez les mammifères (Cystéine à partir de Sérine et
Méthionine) et de nucléotides (synthèse des désoxyribonucléotides par la
ribonucléotide réductase). C’est aussi ce cofacteur qui fourni à la méthylase d’ADN le
groupe méthyl qui sera ajouté sur la base du nucléotide de l’ADN (méthylation de
l’ADN souvent associée à une répression transcriptionnelle).
DIA10 :
La vitamine B12 est une vitamine hydrosoluble. Elle n’est pas produite par les
cellules végétales ou animales (les légumes n’en contiennent pas), mais uniquement
par certains microorganimes (bactéries, champignons,…). Dans l’alimentation, on la
trouve dans les viandes, le foie et le poisson.
Son absorption est complexe : elle se lie dans le duodénum à une glycoprotéine, le
facteur intrinsèque, qui est sécrété par les cellules pariétales de l’estomac. Elle est
ensuite absorbée au niveau de la partie terminale de l’intestin grêle.
Les troubles de la production du facteur intrinsèque au niveau de l’estomac
(anomalie génétique, absence d’une partie de l’estomac) ou de l’absorption
intestinale (maladies inflammatoires touchant l’intestin grêle,…) peuvent engendrer
une carence en vitamine B12 caractérisée par une anémie mégaloblastique (ou
anémie pernicieuse ou de Biermer) et des troubles neurologiques.
DIA11 :
La carence en vitamine B12 a des répercussions directes sur deux autres cofacteurs :
l’adoMet (voir Dia 9) et le H4 folate et ses 6 dérivés. En effet, le H4 folate existe sous
plusieurs formes: le N5 méthyl H4 folate (CH3), le N5 N10 methylène H4 folate (CH2),
le N5 N10 méthényl H4 folate (CH), le N5 formyl H4 folate (COH), le N10 formyl H4
folate (COH) et le N5 formimino H4 folate (CH=NH).
La réaction conduisant à la production du N5 méthyl H4 folate à partir du N5 N10
méthylène H4 folate est la seule réaction irréversible. En absence de vitamine B12,
donc de coenzyme B12, le N5 méthyl H4 folate n’est plus transformé en H4 folate
(voir réaction de production de méthionine à partir d’homocystéine par la méthionine
synthase). Le N5 méthyl H4 folate s’accumule donc progressivement et l’ensemble
des autres H4 folates sont progressivement convertis en N5 méthyl H4 folate.
La carence en vitamine B12 entraîne donc une carence secondaire relative de toutes
les formes de H4 folate qui sont très impliquées dans la synthèse des nucléotides et
de certains acides aminés. Le défaut de synthèse de nucléotides portant une
thymine (cofacteur : méthylène H4 folate) conduit à des anomalies de réplication de
l’ADN et à l’anémie mégaloblastique caractéristique de l’anémie pernicieuse (ou de
96
Biermer). La carence primaire en folate reproduit les symptômes de la carence en
vitamine B12 : anémie mégaloblastique.
La carence en vitamine B12 entraîne aussi une accumulation anormale d’acides gras
à nombre impair de carbone dans les membranes des neurones et des
oligodendrocytes, par défaut d’activité de la méthyl-malonyl-CoA mutase. C’est la
cause des anomalies neurologiques sévères liées à la carence en vitamine B12.
97
EXAMEN VETE0005-2 BIOCHIMIE DES ANIMAUX DOMESTIQUES II
Matériel : carte d’étudiant et carte d’identité obligatoires + de quoi écrire :
stylo/crayon/…
Examen : écrit ; questions à réponses ouvertes + questions « à propositions
vraies/fausses », sur base des exemples de questions présentées lors de la dernière
leçon du cours théorique.
Chaque question « à propositions » contient 5 propositions indépendantes qui sont
vraies ou fausses. Bonne réponse à une proposition : +1 ; mauvaise réponse à une
proposition : -1 ; pas de réponse à la proposition : 0. Pour chaque question contenant
5 propositions : maximum : 5/5, minimum : 0/5 (pas de point négatif pour la question :
un -3/5 est ramené à 0/5).
Matière de l’examen :
La règle générale est que toute la matière enseignée au cours théorique et aux
3 travaux dirigés est matière d’examen (diaporama + texte associé, connaître les
structures chimiques détaillées (pouvoir les dessiner et donner leur nom exact), le
nom exact des enzymes, connaître les substrats, les produits et les cofacteurs des
réactions décrites.
EXCEPTIONS :
1. Cours théorique
Chapitre 2 : Dia 17 (pas la structure chimique du NAD+)
Dia 25 (pas la structure chimique de la thiamine pyrophosphate)
Chapitre 3 : Dia 14 (pas la structure chimique de la biotine)
Chapitre 5 : Dia 4 (pas la structure chimique du lipoate)
Dia 5 (pas la structure chimique du Coenzyme A)
Dia 6 (pas la structure chimique du FAD et du FMN)
DIA 10 (pas la structure chimique des 2 intermédiaires réactionnels)
Chapitre 7 Dia 4 (pas la structure chimique de la pyridoxine)
Dia 9 (pas la structure chimique de l’intermédiaire citrullyl-AMP)
Dias 13/15/16/18/19/20/21 (pas les voies cataboliques des acides
aminés, mais connaître les coenzymes nécessaires)
Dia 23 (pas la structure chimique du H4 folate)
Chapitre 8 : Dia 4 (pas la structure chimique du coenzyme Q)
Dia 8 (pas la structure chimique des hèmes et cytochromes)
Chapitre 9 : Dia 3 (pas la structure chimique de la biotine)
Dia 7 (pas la structure chimique de la phospho-pantéthéine)
Chapitre 10 Dia 8 (pas les structures chimiques des PGG2 et PGH2, mais bien celle
de l’acide arachidonique)
Dia 9 (pas la structure chimique des leucotriènes)
Dia 10 (pas la structure chimique du squalène, mais bien celles de
l’acétate, du mévalonate, de l’isoprène et du cholestérol)
Dias 13/14/15/16/17 (pas les structures chimiques, sauf celle du
mévalonate, de l’isoprène et du cholestérol)
Dia 30 (pas les structures chimiques des statines)
Dia 41 (pas la structure chimique de la warfarine)
Chapitre 11 : Dias 5/6/7/ (pas les voies de synthèse des acides aminés, mais bien les
cofacteurs nécessaires)
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Dia 11 (pas l’intermédiaire réactionnel amino-céto-adipate)
Dias 12/13 (pas les structures chimiques, à part l’aminolévulinate)
Dia 15 (uniquement structure chimique de la créatine et créatine
phosphate)
Dia 16 (pas les structures chimiques)
Dia 21 (uniquement la structure chimique de la sérotonine)
Chapitre 12 : Dias 2/3/4/5 (uniquement les structures chimiques du ribose-5P, du
PRPP, de l’AMP et du GMP)
Dias 7/8 (pas les structures chimiques)
Dia 12 (pas les structures chimiques)
Dias 13/14 (pas les structures chimiques, sauf celles de la xanthine, de
l’acide urique et de l’urée)
Dias 15/16 (pas les structures chimiques)
Dia 18 (pas les structures chimiques de l’azaserine, acivicine)
Dia 19 (pas les structures chimiques)
Chapitre 13 Dias 8/9 (pas les structures chimiques, sauf celle du cholestérol)
Chapitre 14 : Dia 6 (pas les structures chimiques)
Dia 7 : ne pas connaitre
Dias 8/9/11 (pas la structure chimique des H4 folate, méthyl-H4 folate
et methylène H4 folate)
2. Travaux dirigés :
« Pathologies Métaboliques des ruminants (cétose, acétonémie et stéatose
hépatique) » : ce TD ne fait pas partie de la matière d’examen (= cours
de biologie clinique et de pathologie de master). Par contre, les 2
autres TDs (« Biochimie des animaux domestiques : métabolismes
chez les ruminants » et « Bioénergétique ») font partie de la matière
d’examen !
Bon travail !
S. Schurmans
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