Introduction à la Biochimie - PDF

Introduction biochimie Place du métabolisme dans le dogme central de la biologie Génotype + environnement = phénotype ADN -> génome (ce qui est possible) Transcription ARN-> transcriptome (ce qui semble se réaliser) Traduction (riboproteome) Protéine-> proteome (ce qui permet de réalis...

Introduction biochimie Place du métabolisme dans le dogme central de la biologie Génotype + environnement = phénotype ADN -> génome (ce qui est possible) Transcription ARN-> transcriptome (ce qui semble se réaliser) Traduction (riboproteome) Protéine-> proteome (ce qui permet de réaliser) Metaproteome Métabolite-> métabolome (ce qui se réalise) Phenotype Réseau métabolique Ce réseau complet se trouve dans toutes les cellules mais ne sera pas activé totalement partout selon le type de cellule, l’activité physique, les besoins, etc. NB : Sur cette image, chaque trait représente une réaction chimique. Comme ces réactions ne sont pas isolées, le produit d’une réaction peut à son tour provoquer différentes réactions Chaque point symbolise un métabolisme. Des sucres peuvent être transformés en graisse mais l’inverse est impossible. Sucre pour les oiseaux migrateurs -> foie gras mais nous ne pouvons pas contrairement à eux Métabolisme Déf : Ensemble des transformations chimiques et biologiques qui s'accomplissent dans l'organisme o Fournit des éléments de construction (ex : démonter des graisses, des sucres et des protéines mais catabolisme pas jusqu’au bout pour en faire des éléments structurels). o Fournit de l’énergie et de la chaleur (rendement pas 100%, qui est utile pour l’équilibre homéothermique). 1 En effet, on souhaite produire de l’énergie utilisable par l’organisme. On l’extrait à notre environnement (nourriture) et on la transforme en une forme utilisable par les cellules. Parallèlement, on dégage une autre forme d’énergie, la chaleur et ce dû au rendement qui n’est pas parfait. Altérations métaboliques o Tumeur : surconsommation de glucose par les cellules est utile pour la recherche de métastases o Alzheimer : signature de consommation de glucose différente d’un cerveau normal o Métabolisme impliqué dans l’obésité : mauvaise balance apport et dépense énergétique Et diabète de type 2 ?? Balance énergétique Il y a des entrées énergétiques (alimentation) ainsi que des sorties énergétiques (maintien de la température corporelle, activité physique etc…) Représente l’équilibre entre l’apport d’énergie et sa consommation Besoin énergétique o Métabolisme de base : ce qu’on dépense sans ajouter une dépense énergétique à ce qui est déjà nécessaire à notre vie (maintient gradient ionique, fonction cardiaque, muscles respiratoires nécessité d’énergie pour que cela fonctionne) cela représente la totalité des fonctions cellulaires essentielles. Ceci est non variable pour soi mais entre individu oui. L’activité physique est variable. o La dépense de calorie est très variable selon le sexe, la taille, le poids, la masse musculaire, l’activité physique etc o 1’800kcal/jour donc 1.25 kcal par minute o Glucose dans le sang 1g/L o Réserve de sucre 20 kcal o Notre réserve théorique = 16 minutes mais quand sport moins de 2 minutes car les organes En effet, il faut donner du sucre aux organes afin qu’ils continuent à fonctionner. Balance énergétique : 1800kcal + 1000 kcal d’exercice -> ingérer 2800 kcal Excédent de 1000kcal = 111g de graisses Problème d’aujourd’hui : obésité notre patrimoine génétique n’est pas adapté à une situation de constante abondance, notre bonne capacité à stocker de l’énergie nous joue des tours. Il faut un bon équilibre entre ce que l’on ingère et dépense. Chaque Kcal ingéré est important et sera soit directement utilisé soit stocké. Par exemple, le sucre peut servir d’énergie directement utilisable par les cellules ou, s’il y a excès de sucres (pas d’exercice), il est stocké sous forme de lipides. Pour le sport, selon quelle activité nos pratiquons, ce sera un métabolisme spécifique. Par exemple, un marathonien et un sprinter n’auront pas le même métabolisme. 2 Difficile de faire les deux donc pas d’Adaptation Flux d’énergie Toute l’énergie que nous utilisons et dépensons est de l’énergie qui vient indirectement du soleil. Nous dépendons d’autres organismes capables de faire de la photosynthèse (plantes) pour faire ce transfert d’énergie. Les plantes, autotrophes (capable d’élaborer sa propre substance à partir de minéraux et soleil), utilisent l’énergie solaire pour déposer des électrons sur du carbone inorganique qui devient donc organique (+ O2) Nous extrayions ces électrons et transformons donc cette énergie stockée sous forme de liaisons dans l’ATP en restituant du CO2 et de l’H2O. Objectif : faire des composés organiques à partir d’énergie solaire Principes de bioénergétique o Un organisme vivant se conserve (reste en vie) et se reproduit o Cela nécessite de la matière (pour croître) et de l’énergie o Le métabolisme comprend l’anabolisme (reconstruction) et le catabolisme (dégradation) o Les organismes hétérotrophes dérivent l’énergie de molécules complexes (protéines végétales ou animales, sucres, lipides) et la matière de molécules simples (dégrader la matière pour en faire des « blocs de construction »). 3 Le flux de l’énergie La photosynthèse dépose des électrons et des protons sur du carbone minéral qui devient alors organique, donc réduit (redox). On extrait ces e- sur le carbone organique et on les transforme en ATP, qui est l’énergie utilisable par la cellule. On restitue alors à l’environnement à nouveau du carbone oxydé (minéral). La possibilité de pouvoir prélever de l’énergie et de la matière dans l’environnement pour fournir un travail biologique est une propriété fondamentale des organismes vivants. Deux stratégies possibles : o Celle des organismes autotrophes photosynthétiques : utilise comme énergie l’énergie solaire et comme matière des molécules simples (minéral, CO2, H2O) o Celle des organismes hétérotrophes : utilise comme énergie l’énergie chimique de molécules complexes produites par les organismes autotrophes ou d’autres hétérotrophes et comme matière les molécules simples issues de la dégradation des molécules complexes. Une partie de l’énergie (chaleur) et des molécules simples (recyclage) sont restituées à l’environnement. L’énergie qui avait été déposé par les plantes sur le carbone est ainsi restituée au système. Les végétaux fournissent de l’énergie grâce à la combustion de leur carbone organique. (Bois, charbon, gaz, pétrole) L’anabolisme / catabolisme o Le carbone de la matière organique est globalement réduit (porteur d’e-) o Le carbone minéral sous forme de CO2 est oxydé (peu de e-) o La respiration cellulaire oxyde le carbone organique en carbone minéral pour le restituer à l’environnement. o Ceci produit de l’ATP (monnaie d’échange énergétique) Endergonique = nécessitant apport E Exergonique = libère de l’E 4 Anabolisme= construction des tissus Catabolisme = destruction La monnaie d’échange énergétique - Glucose -> Glycolyse -> Cyle de l’acide citrique-> Chaîne respiratoire ⇨ ATP - Il est possible de fournir de l’énergie ou pas selon si on décroche ou non des phosphates Utilisation de l’ATP o Mouvements o Gradients ioniques (pompes pour les maintenir ou repomper contre son gradient) o Signalisation (récepteurs ATP sur cellule) o Anabolisme (coût énergétique de reconstruire des molécules) L’ATP est continuellement formée et consommée. La consommation d’ATP est très rapide et massive. Un etre humain au repos : 40kg Exercice intense : 0.5kg/min Concentration cellulaire : 2-4mM L’énergie nécessaire à reformer l’ATP est extraite sous forme d’électrons. Nutriments-> cassent (catabolisme) Catabolisme et anabolisme = déconstruction et reconstruction Anabolisme construire pour protéines/sucres Voies cataboliques Voies anaboliques Dégradations Biosynthèse 5  Oxydatives (donne des électrons) Réductives (nécessite des électrons) Fournit de l’énergie Nécessite de l’énergie Les voies sont convergentes (vers le même Les voies sont divergentes (avec les mêmes type de molécule) éléments on fait des choses différentes) Utilisent NAD+ et FAD comme porteurs Utilise NADPH comme donneur d’électrons d’électrons (accepteurs) Les voies anaboliques ne sont le plus souvent pas l’inverse des voies cataboliques. Pas besoin de tout casser (comme les legos) peut reconstruire à partir de plus grosses pièces. 6