Les principales voies du métabolisme

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Principales voies métaboliques.

Généralités[modifier | modifier le wikitexte]

Devenir et utilisation des nutriments dans l'organisme[modifier | modifier le wikitexte]

Devenir des nutriments après le repas[modifier | modifier le wikitexte]

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Devenir des nutriments lors d'une période de jeûne (de courte durée)[modifier | modifier le wikitexte]

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Problème essentiel : maintenir la glycémie constante car le système nerveux ne peut utiliser que le glucose comme source d'énergie. Or le glucose n'est plus absorbé au niveau du tube digestif (période de jeûne). Les sources de glucose sanguin sont au nombre de 4 : Glucose hépatique et les 3 voies de la néoglucogenèse. Les Triglycérides sont la première source d"énergie utilisée en cas de jeûne. Si la période de jeûne est de courte durée, les réserves de glycogène suffisent.

Si la période de jeûne est de longue durée, il se produira une protéolyse afin de transformer les acides aminés en glucose et tous les organes (sauf le cerveau) utiliseront les acides gras comme source d'énergie afin d'épargner au maximum la glycémie.

Notions d'énergétique[modifier | modifier le wikitexte]

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Qu'est-ce que l'énergie ?[modifier | modifier le wikitexte]

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C'est la capacité à effectuer un travail. Toutefois, cette énergie existe sous deux formes : énergie cinétique (énergie de mouvement, eg : la pierre qui tombe) ou énergie potentielle (énergie de position, eg : énergie contenue dans la pierre).


Les deux énergies sont inter-convertibles soit de façon spontanée (c'est la pierre qui tombe et qui passe de son niveau énergétique haut à son niveau énergétique bas = réaction exergonique), soit de façon non spontanée (c'est la pierre qui remonte vers son niveau énergétique haut : il faut pour se faire apporter de l'énergie à la pierre = réaction endergonique).

Toutefois, pour libérer l'énergie potentielle et transformer celle-ci en énergie cinétique il faut une énergie d'activation (eg : la clé que l'on tourne dans la voiture démarre le moteur)

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Unités énergétique : kJ (le kilojoule) Couplage énergétique : Les réactions endergoniques sont couplées à des réactions exergoniques.

Application avec le Glucose :[modifier | modifier le wikitexte]

Métabolisme-Image016.gif à corriger : fin de la réaction 38H2O + 38 ATP (il manque le 38 devant ATP)

Rendement de la réaction : (R=41,2%) \frac{Quantit\acute e~d'\acute energie~utilisable}{Quantit\acute e~d'\acute energie~globale} = \frac{1159\times 100}{2815} = 41,2%

{rendement~des~pertes}=\frac{1656\times 100}{2815}=58,8%

La molécule énergétique :[modifier | modifier le wikitexte]

  • A = Adénosine (Adénine + Ribose)
  • T = Tri
  • P = Phosphate
  • A = Adénosine
  • D = Di
  • P = Phosphates

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attention à la lecture de ce graphique : il n'y a que 2 liaisons à haut potentiel et non pas 4

  • Adénosine + Acide phosphorique (Pi) + 10,5 kJ ⇒ adénosine mono-phosphate + H2O
  • AMP + Pi + 30,5 kJ ⇒ ADP + H2O
  • ADP + Pi + 30,5 kJ ⇒ ATP + H2O


L'ATP (au niveau cellulaire) ne sert pas vraiment à stocker de l'énergie (dans la cellule on stocke l'énergie sous forme de glycogène) ; par contre c'est une molécule de transfert énergétique : elle peut transporter l'énergie là où l'on en a besoin.

On a besoin de sous pour vivre. Le lieu de stockage est la banque (foie) qui stocke sous forme de lingots d'or (glycogène). Nous, on ne paye pas en lingots mais en petites pièces (ATP). Nous dépensons en fonction de nos besoins. Nous avons besoin de ressources pour fournir l'argent à la banque (petit-déjeuner, déjeuner…).

Les coenzymes[modifier | modifier le wikitexte]

Le métabolisme énergétique (eg : réaction d'oxydation cellulaire du glucose : C6H12O6 + 6 O2 ⇒ 6 CO2 + 6 H2O) ne s'effectue pas en une seule étape mais nécessite l'intervention de nombreuses réactions enzymatiques. Les principales étant des réactions de déshydrogénation et de décarboxylation. Les deux réactions se font par le biais d'enzymes décarboxylases et déshydrogénases. Ces enzymes ne peuvent travailler seules. Il leur faut l'aide de coenzymes.

Qu'est-ce qu'un coenzyme ? C'est une molécule qui aide l'enzyme à fonctionner.

NAD = Nicotinamide Adénine Dinucléotide

  • Nicotinamide : synthétisé par vitamine PP ou tryptophane = acide aminé essentiel
  • Adénine : base azotée
  • Dinucléotide : 2 riboses

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sur le schéma : NAD (les deux en haut) et NADP (la réaction du bas)

Rappel :[modifier | modifier le wikitexte]

Equation enzymatique : E+S⇒ES⇒E+P

Classes enzymatiques : oxydoréductases, transférases, hydrolases, lyases, isomérases, ligases

Certains enzymes ne travaillent qu'en présence d'une coenzyme.

Une coenzyme est une molécule organique spécifique thermostable et de faible poids moléculaire. L'ensemble enzyme & coenzyme constitue l'holoenzyme (apoenzyme + coenzyme). La coenzyme peut être liée de façon covalente ou non à l'apoenzyme. Si la coenzyme est liée de façon covalente on parlera de groupe prosthétique (eg : hémoglobine ⇒ le fer est le cofacteur, le coenzyme).

Les enzymes nécessitant des coenzymes sont :

  • Oxydoréductases
  • Transférases
  • Isomérases
  • Ligases

Les enzymes ne nécessitant pas de coenzymes sont :

  • Hydrolases
  • Lyases

La coenzyme est souvent envisagée comme cosubstrat de la réaction ou second substrat réactionnel :

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Rôle des coenzymes comme réactifs de transfert de groupe[modifier | modifier le wikitexte]

Eg : déshydrogénation ou transamination.

Équation globale : D-G+A ⇒ A-G+D


Coenzymes élémentaires
élément enzymes
Fe2+ / Fe3+ Cytochromes, peroxydases, catalases
Cu+ / Cu2+ Cytochrome oxydase, tyrosinase
Mg2+ Phosphotransférase
Mn2+ Arginase, enzyme à biotine
Zn2+ Alcool déshydrogénase, anhydrase carbonique
K+ Pyruvate kinase
Na+ Pompe sodium – potassium
Mo3+ / Mo6+ Xanthine oxydase, sulfite oxydase
Se Glutathion peroxydase
Cl- α-amylase, enzyme de conversion
Ni2+ Uréase
Ca2+ Phosphorylase kinase
Coenzymes organiques
Coenzyme et abréviation Vitamine ou facteur de croissance apparente Principales fonctions
COENZYMES DES OXYDOREDUCTASES
I- Nicotinamide-adénine-dinucléotide (NAD)
Nicotinamide-adénine-dinucléotide-phosphate (NADP)
Tryptophane, nicotinamide Oxydoréduction (déshydrogénase, oxygénases, transporteurs de la chaîne respiratoire)
II- Flavine-mononuclétide (FMN)
Flavine-adénine-dinucléotide (FAD)
Vitamine B2 ou riboflavine
III- Groupement prosthétiques des cytochromes
IV- Coenzymes quinoniques (ubiquinones)
V- Tétrahydrobioptérine Aucun Hydroxylation Phe, Tyr, Trp
COENZYMES DES AUTRES CLASSES
I- Carboxylations, décarboxylations
  1. Biotine
  2. Thiamine pyrophosphate (TPP)
  3. Acide lipoïque
  1. Biotine
  2. Vitamine B1 ou thiamine
  3. Acide lipoïque
  1. β-carboxylation
  2. décarboxylation d’acides α–cétoniques
  3. décarboxylation oxydative d'acides α-cétoniques
II- Transferts de radicaux monocarbonés (sauf carboxyle)
  1. Méthylcobalamine
  2. S-adénosyl-méthionine
  3. Tétrahydrofolate (THF)
  1. Vitamine B12 (cobalamine)
  2. Méthionine
  3. Acide folique
  1. Transfert de méthyle
  2. Transfert de méthyle
  3. Transfert de tous les radicaux monocarbonés
III- Transfert d'acyle
Coenzyme A (CoA-SH)
Acide pantothénique
IV- Nucléotides et dérivés
  1. Adénosine triphosphate (ATP)
    Phospho-adénosine-phosphosulfate (PAPS)
  2. Uridine triphosphate (UTP)
    UDPGlc, UDPGal
  3. Guanosine triphosphate (GTP)
    GCPmannose
  4. Cytidine triphosphate (CTP)
    CDPcholine
 
  1. Transfert d'énergie, P, PP et AMP
    Transfert de sulfate
  2. Transfert d'oses
  3. Transfert d'énergie, de P
    Transfert d'oses
  4. Transfert d'amines (choline, etc…)
V- Métabolisme des amino-acides
Phosphate de pyridoxal (PAL)
Vitamine B6 ou pyridoxine
VI- Isomérisations
Adénosylcobalamine
Vitamine B12 (cobalamine)


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Le métabolisme des glucides[modifier | modifier le wikitexte]

Métabolisme-Image036.gif Métabolisme-Image038.gif





La glycogénogenèse[modifier | modifier le wikitexte]

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  1. 1 glucokinase (= kinase : ajoute un acide phosphorique)
  2. 2 phosphoglucomutase = mutase
  3. 3 UDP glucophosphorylase
  4. 5 Glycogénosynthase
  5. 6 enzyme branchante

Glycogénolyse[modifier | modifier le wikitexte]

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Seul le Glc est capable de passer la membrane cytoplasmique, G1P ou G6P sont incapables de sortir de la cellule.

  1. Phosphorylase
  2. Phosphoglucomutase
  3. Glucose phosphatase

La glucose phosphatase n'existe que dans le foie. Dans le muscle il y a aussi une réserve de glycogène.

La glycolyse[modifier | modifier le wikitexte]

S'effectue dans toutes les cellules sauf les adipocytes (utilisent les acides gras) et le foie (utilise les acides aminés).

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Cet ensemble de réactions s'effectue dans le cytosol.

Glycolyse s'effectuant en milieu ANAEROBIE ( absence d'oxygène) .

Devenir des 2 molécules de pyruvate[modifier | modifier le wikitexte]

Deux devenir différents suivant la situation anaérobie (O2) ou aérobie (O2).

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la voie de dégradation du glucose en pyruvate est presque universelle (animaux,végétaux et microorganismes)

définition:la glycolyse est la séquence de réactions enzymatiques conduisant à la transformation, dans le cytosol,du glucose en pyruvate stratégie chimique : phosphorylation du glycose et conversion d'intermédiaires phosphorylés en composés à haut potentiel de transfert de groupements phosphate et transfert de groupements phosphate conduisant à la synthèse d'ATP.

La chaîne respiratoire[modifier | modifier le wikitexte]

(régénération des co-enzymes réduits)

Les co-enzymes sont dans la matrice mitochondriale. La chaîne respiratoire va permettre de régénérer les co-enzymes réduits.

Métabolisme-Image050.gif Métabolisme-Image052.gif

Ces réactions d'oxydoréduction s'effectuent au niveau de la membrane interne de la mitochondrie et à l'aide d'enzymes et de coenzymes à savoir des enzymes de transport de protons (H+) du transporteur réduit (NAD ou FAD) du O2 et d'autre part des enzymes de couplage énergétique le tout constitue la chaîne respiratoire.

But de la chaîne respiratoire : faire passer des protons et des électrons d'un potentiel le plus électronégatif vers un potentiel le plus électropositif.

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Les protons libérés dans l'espace inter membranaire par le CoEQ ressortent vers la matrice de la mitochondrie via un complexe F0/F1.

F0 = canal protéique à protons

F1 = complexe ATP/synthétase

Le transfert des 2 protons au travers de F0 permet de faire fonctionner F1 et donc de fabriquer une molécule d'ATP dans l'espace inter-membranaire, H+ rencontre O2 qui le capte pour former de l'eau.


Cycle de Krebs[modifier | modifier le wikitexte]

Dans la matrice de la mitochondrie

Métabolisme-Image058.gif Métabolisme-Image060.gif

Métabolisme des acides aminés[modifier | modifier le wikitexte]

Devenir des protéines alimentaires[modifier | modifier le wikitexte]

Alimentation ⇒ protéines alimentaires (végétales et animales) ⇒ acides aminés (par l'action de protéases)

Acides aminés non-indispensables, indispensables (Tryptophane, Lysine, Leucine, Isoleucine, Valine, Thréonine, Méthionine, Phénylalanine), acides aminés pseudo indispensables (Arginine, Histidine).

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Le "turn-over" des protéines tissulaires est de 1 à 2% (par jour ? information lacunaire à ce niveau). C'est à dire que 1 à 2% des protéines tissulaires sont dégradés en acides aminés. 75% des acides aminés obtenus servent à synthétiser d'autres protéines. Le reste est soit dégradé sous forme de déchets (urée), soit on en fait des glucides ou des corps cétoniques. Ce qui signifie que la perte nette journalière en protéines est de 30/40g. Pertes en azote de 5 à 7g/jour.

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Il n'y a pas de stockage d'acides aminés.

Bilan de N : équilibre : entrées = sorties

Mais parfois ce bilan peut être positif Entrée > Sortie

(eg : femme enceinte, nourrisson, adolescent)

Ou bien peut être négatif Entrée < Sortie

(eg : personnes atteintes de maladies nutritionnelles ; anorexie, Kwashiorkor)

Catabolisme des acides aminés[modifier | modifier le wikitexte]

Désamination oxydative[modifier | modifier le wikitexte]

Métabolisme-Image066.gif Métabolisme-Image068.gif

Réaction de transamination[modifier | modifier le wikitexte]

réaction de transfert de la fonction amine

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Réaction de décarboxylation[modifier | modifier le wikitexte]

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Couplage désamination-transamination[modifier | modifier le wikitexte]

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Devenir de l'ammoniac[modifier | modifier le wikitexte]

Cycle de l'urée : consomme 4 molécules d'ATP par molécule d'urée synthétisée

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Cette voie est consommatrice d'ATP : l'organisme doit dépenser de l'énergie pour ce processus de détoxication.

Bilan énergétique : - 4 ATP / molécule d'urée synthétisée.

Métabolisme-Image080.gif Métabolisme-Image082.gif

Le métabolisme des lipides[modifier | modifier le wikitexte]

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Acides Gras : entrent dans un cycle de β-oxydation au niveau de la matrice mitochondriale β-oxydation des acides gras (matrice mitochondriale), les réactions se font en chaîne et on l'appelle "hélice de Lynen".

Métabolisme-Image086.gif Métabolisme-Image088.gif Métabolisme-Image090.gif

Bilan : pour un acide gras en C18 (18/2=9 ; 9-1=8; 8 tours d'hélice)


8\times 12\,\! =\,\! 96\,\! {ATP}\,\!
8\times 5\,\! =\,\! 40\,\! {ATP~(NADH~et~FAD)}\,\!
1\times 12\,\! =\,\! 12\,\! {ATP~(Dernier~tour)}\,\!
-2\,\! {ATP~(Derni\grave ere~\acute etape)}\,\!
{TOTAL}\,\! 146\,\! {ATP}\,\!

pour un C24 : 12-1= 197 ATP

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eg : lorsque l'on mange une religieuse au chocolat et que l'on ne dépense pas ce sucre par un footing, le glucose ne se dirige pas vers le Cycle de Krebs mais vers les Acides Gras. Il y a conservation d'un peu de sucre pour fabriquer du glycérol (glycérol + 3 acides gras = triglycéride).

La transformation du glucose en acides gras + glycérol = triglycéride s'appelle la lipogenèse (a lieu dans le foie et les tissus adipeux).