Métabolisme oxydatif: Bioénergétique et cycles

• Les notes suivantes résument le métabolisme oxydatif, incluant la bioénergétique et les principaux cycles métaboliques.

Métabolisme Oxydatif

• Transformation des macronutriments (protéines, acides nucléiques, glucides, lipides) en énergie cellulaire.
• Comprend l'introduction, la bioénergétique, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative.

Introduction

• Catabolisme : Libération d'énergie par oxydation.
• Anabolisme : Production de macromolécules nécessitant de l’énergie.
• Oxydation : Perte d’électrons/hydrogènes ou gain d’oxygène.
• Réduction : Gain d’électrons/hydrogènes ou perte d’oxygène.

Bioénergétique

• Catabolisme : Libération d’énergie.
• Anabolisme : Production de macromolécules utilisant une énergie stockée.
• AA essentiels: Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Thr, Lys, His.
• AA essentiels conditionnels: Cys, Tyr.
• Oxydation: perte d'électrons résultée par la perte d’hydrogène ou gain d’oxygène.
• Réduction: gain d'électrons résultée par le gain d’hydrogène ou perte d’oxygène.
• Les groupements oxydés/réduits varient selon le nb d’électron autour du carbone.
• Vitamines hydrosolubles pour synthétiser les enzymes :
  • Niacine (B3)=> NAD(P)+
  • Riboflavine (B2)=> FAD/FMN
  • Pantothénate (B5)=>CoA

Bioénergétique (suite)

• ΔG exprime la quantité d'énergie permettant de réaliser un travail
• ΔG < 0 : processus spontané (exergonique).
• ΔG > 0 : processus non spontané (endergonique).
• ΔH reflète le nombre et le type de liaisons chimiques et l'énergie calorique
• ΔH < 0 : réaction exothermique (libération de chaleur).
• ΔH > 0 : réaction endothermique (absorption de chaleur).
• ΔS décrit le désordre des composants dans un système.
• ΔS < 0 : réaction menant à un niveau d'ordre supérieur.
• ΔS > 0 : réaction menant à un niveau d'ordre inférieur.
• L'hydrolyse de l'ATP ne se fait pas directement (en 2 étapes).
• Le groupe phosphate transféré modifie l'énergie du subtrate.
• 5 états d'oxydation du carbone : alcane, alcool, aldéhyde (cétone), acide carboxylique, dioxyde de carbone.
• Le transfert des électrons se fait sous forme d'hydrogène, ions d'hydrures ou molécules d'hydrogène.
• Différence en niacine (vitamine B3) affecte les déshydrogénases dépendantes de NAD(P).
• Les flavoprotéines (catalysant les réactions redox) impliquent les coenzymes FAD/FMN.

Cycle de Krebs (Cycle de l’acide citrique ou Cycle TCA)

• A lieu dans la matrice mitochondriale, sauf pour la succinate déshydrogénase qui est dans la membrane interne.
• Oxydation des composés à deux carbones (acétyl-CoA).
• Libère du CO2 et transfère l'énergie à la chaîne respiratoire.
• Joue un rôle central dans le métabolisme intermédiaire.
• Réactions anaplérotiques maintiennent les concentrations appropriées des intermédiaires.
• Les 8 étapes du cycle transfèrent les électrons de l'acétyl-CoA à 3 NAD+ et 1 FAD.
• Ces coenzymes réduits cèdent ensuite leurs électrons à la chaîne respiratoire.
• Une étape produit directement un GTP, équivalent énergétique de l'ATP.
• La famille des déshydrogénases inclut 3 enzymes complexes.
• Le bilan est : 1 acétyl-CoA + 3NAD+ + 1FAD + 1GDP + 1Pi + 2H2O => 2CO2 + 3NADH + 3H+ + 1FADH2 + 1GTP

Cycle de Krebs (Régulation et vue générale)

• Régulation du cycle se fait au niveau de PDC Pyruvate DH, et de la Citrate Synthase.
• Les produits inhibent à la fois la PDC et le métabolisme du citrate.
• Le taux du cycle de Krebs est ajusté à la glycolyse, à l’activité de la chaine respiratoire, et à l’état de phosphorylation de l’ATP.
• Des intermédiaires du cycle sont utilisés pour synthétiser des acides aminés.

Phosphorylation Oxydative

• Se déroule dans la membrane interne mitochondriale.
• C'est le processus par lequel l'énergie d'oxydation des substrats carbonés est convertie en liaisons phosphate à haut potentiel énergétique (ATP).
• L'énergie d'oxydation est conservée sous forme de coenzymes accepteurs d'électrons réduits, comme le NADH et le FADH2.
• L'oxydation des coenzymes réduits dans la chaîne respiratoire permet de réduire l'oxygène en eau.
• L'énergie générée permet de synthétiser de l'ATP.
• L'ordre de flux des électrons suit les potentiels redox standards du couple réducteur/oxydant.

Chaîne Respiratoire

• Composée de transporteurs d'électrons organisés en complexes.
• L'énergie libérée par le transfert d'électrons est utilisée pour pomper des protons à travers la membrane, créant un gradient électrochimique.
• Le flux de protons à travers l'ATP synthase (complexe V) entraîne la synthèse d'ATP.

Métabolisme du NADH (navettes)

• La navette malate-aspartate et la navette glycérol-3-phosphate sont deux mécanismes pour transférer les électrons NADH dans la mitochondrie.
• Ils aident donc à la phosphorylation oxydative.

ATP Synthase

• Est un complexe protéique membranaire qui utilise le flux de protons pour synthétiser l'ATP.

Oxydation des AG

• A aussi lieu dans les mitochondries. Le processus implique le transport des AG dans les mitochondries et le cycle de la Beta-oxydation.