Les principales voies du métabolisme

Principales voies métaboliques.

Généralités

Devenir et utilisation des nutriments dans l'organisme

Devenir des nutriments après le repas

• Les triglycérides :
  • Lieu de stockage : tissus adipeux selon 3 origines (acides gras, acides aminés et glucose)
  • Une fraction est oxydée dans tous les organes
• Les acides aminés (A.A.) :
  • Source d'énergie pour le foie
  • Peuvent être transformés en acides gras et certains en glucose
  • Participation aux synthèses protéiques dans toutes les cellules
• Le glucose :
  • Source d'énergie principale
  • Stockage dans le foie et les muscles
  • Transformation en triglycérides et stockage dans le tissus adipeux

Devenir des nutriments lors d'une période de jeûne (de courte durée)

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

Qu'est-ce que l'énergie ?

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)

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

Application avec le Glucose :

à corriger : fin de la réaction 38H2O + 38 ATP (il manque le 38 devant ATP)

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

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

La molécule énergétique :

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

• A = Adénosine
• D = Di
• P = Phosphates

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

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

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

Rappel :

Équation 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 :

Rôle des coenzymes comme réactifs de transfert de groupe

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 Biotine Thiamine pyrophosphate (TPP) Acide lipoïque	Biotine Vitamine B1 ou thiamine Acide lipoïque	β-carboxylation décarboxylation d’acides α–cétoniques décarboxylation oxydative d'acides α-cétoniques
II-	Transferts de radicaux monocarbonés (sauf carboxyle) Méthylcobalamine S-adénosyl-méthionine Tétrahydrofolate (THF)	Vitamine B12 (cobalamine) Méthionine Acide folique	Transfert de méthyle Transfert de méthyle Transfert de tous les radicaux monocarbonés
III-	Transfert d'acyle Coenzyme A (CoA-SH)	Acide pantothénique
IV-	Nucléotides et dérivés Adénosine triphosphate (ATP) Phospho-adénosine-phosphosulfate (PAPS) Uridine triphosphate (UTP) UDPGlc, UDPGal Guanosine triphosphate (GTP) GCPmannose Cytidine triphosphate (CTP) CDPcholine		Transfert d'énergie, P, PP et AMP Transfert de sulfate Transfert d'oses Transfert d'énergie, de P Transfert d'oses Transfert d'amines (choline, etc…)
V-	Métabolisme des amino-acides Phosphate de pyridoxal (PAL)	Vitamine B6 ou pyridoxine
VI-	Isomérisations Adénosylcobalamine	Vitamine B12 (cobalamine)

Le métabolisme des glucides

La glycogénogenèse

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

Glycogénolyse

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

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

Cet ensemble de réactions s'effectue dans le cytosol.

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

Devenir des 2 molécules de pyruvate

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

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

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

(régénération des coenzymes réduits)

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

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.

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

Dans la matrice de la mitochondrie

Métabolisme des acides aminés

Devenir des protéines alimentaires

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).

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.

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

Désamination oxydative

Réaction de transamination

réaction de transfert de la fonction amine

Attention à gauche: le deuxième acide est un acide cétonique

Réaction de décarboxylation

Couplage désamination-transamination

Devenir de l'ammoniac

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

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.

Le métabolisme des lipides

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".

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

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

pour un C₂₄ : 12-1= 197 ATP

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).