Biochimie 2024-2025 - Chapitre 4 - Biochimie métabolique PDF

Chapitre 4 - Biochimie métabolique - STAUDT C. 252  4. Biochimie métabolique Objectifs spécifiques Au terme de ce chapitre, l’étudiant sera capable de : Expliquer et utiliser à bon escient les notions suivantes : méta...

Chapitre 4 - Biochimie métabolique - STAUDT C. 252  4. Biochimie métabolique Objectifs spécifiques Au terme de ce chapitre, l’étudiant sera capable de : Expliquer et utiliser à bon escient les notions suivantes : métabolisme, voie métabolique, anabolisme, catabolisme, respiration cellulaire, glycolyse, glycogénogenèse, glycogénolyse, lipogenèse, lipolyse, beta-oxydation des acides gras, cétogenèse ; Rédiger l’équation globale de la respiration cellulaire ; Expliquer le déroulement et les produits des trois étapes de la respiration cellulaire vues au cours; Expliquer comment le métabolisme des glucides, des lipides et des protides participe à la production d’ATP; Pour chacune des voies métaboliques vues au cours, nommer : le nom de la voie, la/les molécule(s) de départ, la/les molécules finale(s), le(s) tissu(s) impliqué(s), si déterminer si celle-ci est anabolique/catabolique, activée à jeun/nourri/les deux; Citez les normes de glycémie en période post-prandiale et en période de jeune; Nommez les hormones impliquées dans la régulation de la glycémie et expliquez quels sont leurs impacts sur les voies métaboliques étudiées ainsi que l’état de STAUDT C. 253 l’organisme au cours duquel elles sont produites. Chapitre 4 – Biochimie métabolique Pour ce chapitre, les informations en gris correspondent aux explications orales données sur les dias précédentes. Elles font donc partie de la matière. STAUDT C. 254 Chapitre 4 – Biochimie métabolique Pour la dernière séance de cours reprenant les exercices récapitulatifs : regarder la vidéo « Justin et les lipides » qui se trouve dans l’équipe teams du cours ou via le lien suivant : https://www.youtube.com/watch?v=5CQsys1ZEGQ STAUDT C. 255 Chapitre 4 – Biochimie métabolique 1. Introduction au métabolisme 2. Métabolisme des glucides 3. Métabolisme des lipides 4. Métabolisme des protides 5. Etats métaboliques de l’organisme STAUDT C. 256 1. Introduction au métabolisme STAUDT C. 257 1. Introduction au métabolisme Métabolisme = ensemble des réactions chimiques nécessaires au maintien de la vie (Marieb, 2008 p 521) = réseau complexe de voies se produisant simultanément dans la cellule Voie métabolique: séquence d’étapes au cour desquelles une même molécule est modifiée jusqu’à obtention d’un produit donné Si pas d’enzyme 2 ou enzyme 2 inactive : Si enzyme 2 présente et active : la réaction 2 est si lente qu’elle est la réaction 2 a lieu, la molécule B est imperceptible. transformée en molécule C. STAUDT C. 258 258 exemple 1. Introduction au métabolisme Ensemble des réactions de synthèse de molécules complexes à partir de molécules plus simples qui consomment de l’énergie = Monomères = Anabolisme Anabolisme Catabolisme Ensemble de réactions de dégradation de molécules complexes en molécules plus = Polymère simples qui libèrent de l’énergie Exemple = Catabolisme Anabolisme + catabolisme = Métabolisme STAUDT C. 1. Introduction au métabolisme Les voies métaboliques sont connectées par des intermédiaires de réaction communs. Mécanismes de régulation enzymatique = « feux deSTAUDT signalisation C. » 260 1. Introduction au métabolisme Ø Toute cellule a besoin d’énergie - Contrac(ons musculaires - Mouvements cellulaires - Transport ac(f de molécules, d’ions - Synthèse de macromolécules à par(r de précurseurs simples - Produc(on de chaleur - Produc(on d’électricité -… STAUDT C. 261 1. Introduction au métabolisme Ø ATP = forme d’énergie chimique utilisable par toute les cellules de l’organisme Les liaisons phosphate riches en énergie peuvent être hydrolysées pour libérer de l’énergie. Adénine Groupements phosphate Ribose Adénosine Adénosine monophosphate (AMP) Adénosine diphosphate (ADP) Adénosine triphosphate (ATP) © Pearson ERPI, tous droits réservés. STAUDT C. 262 Structure pour illustration 1. Introduction au métabolisme Ø Origine de l’énergie - Ni créée, ni détruite mais TRANSFEREE à partir de l’environnement : Radiations lumineuses (soleil) (organismes phototrophes) Energie lumineuse Energie chimique Substances organiques (organismes chimiotrophes) Energie chimique Energie chimique è Les cellules du corps humaines utilisent du O2 et des nutriments pour produire l’énergie (ATP) dont elles ont besoin STAUDT C. 263 1. Introduction au métabolisme Quelles sont les nutriments vus jusqu’ici et qui peuvent servir de substrat énergétique et donc permettre la production d’ATP ? STAUDT C. 264 1. Introduction au métabolisme D’où viennent ces nutriments énergétiques ? PROTÉINES GLUCIDES LIPIDES Glucose et Acides aminés autres sucres Glycérol Acides gras Dans la lumière du tube digestif, les aliments sont digérés sous des formes absorbables. Ces nutriments sont transportés dans le sang vers les cellules des tissus. STAUDT C. 265 1. Introduction au métabolisme D’où provient l’ O2 ? Réseau artériel Distribution du sang riche en O2 aux tissus STAUDT C. 266 1. Introduction au métabolisme Pré-test Parmi les différentes voies métaboliques abordées dans le cadre du cours de biochimie reprises ci-dessous, déterminez à quel type de biomolécule elles se rapportent et si elles sont de type anabolique ou catabolique. Voie métabolique Glucides Lipides Protides Anabolique Catabolique Glycolyse Lipogenèse Gluconéogenèse Cétogenèse Glycogénolyse Glycogénogenèse Lipolyse Désamination Beta-oxydation des acides gras STAUDT C. 267 2. Métabolisme des glucides STAUDT C. 268 2. Métabolisme des glucides Pictogrammes Ce cours se focalise essentiellement sur les organes ou tissus suivants : FOIE MUSCLE STRIE SQUELETTIQUE PRESQUE TOUS LES ORGANES ET TISSUS CERVEAU TISSU ADIPEUX STAUDT C. 269 2. Métabolisme des glucides Pictogrammes Etat nourri ou postprandial Etat de jeûne Durant le repas et Le tube digestif est vide immédiatement après Dégradation des réserves de Passage des nutriments du tube l’organisme comme sources digestif vers la circulation sanguine énergétiques STAUDT C. 270 2. Métabolisme des glucides Lactose Amidon Saccharose Oligosaccharides Lactose Maltose Saccharose Galactose Glucose Fructose lumière intestinale Que devient le glucose dans la circulation sanguine? ?1 Glucose ?2 Fructose Glucose Galactose Foie STAUDT C. ?3 271 Capillaire sanguins 2. Métabolisme des glucides 1 Synthèse d’ATP dans le cytosol et la mitochondrie au cours de la respiration cellulaire STAUDT C. 272 2. Métabolisme des glucides 1 Synthèse d’ATP dans le cytosol et la mitochondrie au cours de la respiration cellulaire C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O Glucose ~32 ADP + ~32 ATP 32 Pi Voie catabolique STAUDT C. 273 2. Métabolisme des glucides 1 Synthèse d’ATP dans le cytosol et la mitochondrie au cours de la respiration cellulaire Chaine de transport d’e- Glycolyse et phosphorylation Glucose Pyruvate Cycle de oxydative Krebs = 32 ATP STAUDT C. 274 2. Métabolisme des glucides 1 Synthèse d’ATP dans le cytosol et la mitochondrie au cours de la respiration cellulaire Chaine de transport d’e- Glycolyse et phosphorylation Glucose Pyruvate Cycle de oxydative Krebs = 32 ATP STAUDT C. 275 2. Métabolisme des glucides 1 Synthèse d’ATP dans le cytosol et la mitochondrie au cours de la respiration cellulaire Chaine de transport d’e- Glycolyse et phosphorylation Glucose Pyruvate Cycle de oxydative Krebs O2 H2 O = 32 ATP STAUDT C. 276 2. Métabolisme des glucides 1 Synthèse d’ATP dans le cytosol et la mitochondrie au cours de la respiration cellulaire , un mécanisme en trois étapes 1. La glycolyse se déroule dans le cytosol Ne nécessite pas la présence de dioxygène (O2) Suite de réactions chimiques transformant le glucose en 2 molécules de pyruvate Produit de l’ATP et libère des électrons qui sont mis en réserve 2. Le cycle de Krebs Se déroule dans la matrice mitochondriale Avant le cycle de Krebs, conversion du pyruvate en acétyl-CoA Suite de réactions de décarboxylation et d’oxydations libérant du CO2 Produit de l’ATP et libère des électrons qui sont mis en réserve 3. La phosphorylation oxydative Se déroule dans la membrane mitochondriale interne 2 étapes: chaîne de transport des électrons + chimiosmose Utilise les électrons mis en réserve lors des étapes 1 à 3 pour produire de l’ATP Consommation d’oxygène et libération d’H2O STAUDT C. 277 Vidéo respiration cellulaire 278 2. Métabolisme des glucides Que se passe t-il en absence d’O2 ? STAUDT C. 279 2. Métabolisme des glucides En absence d’O2 : Glycolyse et Fermentation lactique Lactate + H+ STAUDT C. 280 2. Métabolisme des glucides En absence d’O2 : Glycolyse, Fermentation lactique et le cycle de Cori Glycolyse 1 2 ATP Muscle 3 Fermentation lactique 2 1. La fermentation lactique a lieu dans les cellules musculaires lorsque le O2 vient à manquer (lors des premières minutes d’un effort exigeant) 2. Le surplus de lactate formé au niveau des cellules musculaires est transporté au foie par la circulation sanguine. 3. Les cellules hépatiques le reconvertissent en pyruvate. C’est le Cycle de Cori. C. Staudt 281 2. Métabolisme des glucides Lactose Amidon Saccharose Oligosaccharides Lactose Maltose Saccharose Galactose Glucose Fructose lumière intestinale Que devient le glucose dans la circulation sanguine? Glycolyse Glucose ?2 Fructose Glucose Galactose Foie STAUDT C. ?3 282 Capillaire sanguins 2. Métabolisme des glucides 2 Mise en réserve du glucose excédentaire sous forme de glycogène Glucose se oly yc Glycogénogenèse Gl ATP Glycogène Foie m. squelettique STAUDT C. 283 2. Métabolisme des glucides 3 Conversion du glucose excédentaire en triglycérides Glucose se oly Glycogéno- yc Gl genèse Conversion hépatique du ATP Glycogène glucose en triglycérides et stockage au sein du tissu adipeux (lipogenèse) Foie m. squelettique Comment les triglycérides hépatiques sont-ils transportés jusqu’au tissu adipeux? STAUDT C. 284 2. Métabolisme des glucides Lactose Amidon Saccharose Oligosaccharides Lactose Maltose Saccharose Galactose Glucose Fructose lumière intestinale Que devient le glucose dans la circulation sanguine? Glycolyse Glycogéno Glucose genèse Fructose Glucose Galactose Foie STAUDT C. Lipogenèse 285 Capillaire sanguins 2. Métabolisme des glucides Etat nourri : Devenir des glucides absorbés Glycémie (mg/dl) Temps écoulé depuis le repas (heures) Après un repas, la glycémie augmente/diminue/reste stable Limite supérieure de glycémie après un repas : …………….. mg/dl c’est-à-dire ………… g/L Quelles voies métaboliques permettent que la glycémie ne dépasse pas la valeur limite ? 1. ……………………………………………………………………………. (voie ana/catabolique) 2. ……………………………………………………………………………. (voie ana/catabolique) 3. ……………………………………………………………………………. (voie ana/catabolique) STAUDT C. 286 2. Métabolisme des glucides Etat nourri : Régulation hormonale L’ingestion d’un repas induit une augmentation de : la glycémie la concentration d’acides aminés dans le sang à Sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas endocrine Insuline = hormone peptidique et hypoglycémiante càd ………………………………………………… : Fait passer le glucose du sang vers l’intérieur des cellules Favorise les mécanismes susceptibles de diminuer la concentration plasmatique de glucose (Respiration cellulaire (glycolyse), glycogénogenèse, lipogenèse) Inhibant les mécanismes susceptibles d’accroitre la concentration plasmatique de glucose (glycogénolyse, gluconéogenèse) STAUDT C. 287 2. Métabolisme des glucides Comment maintenir la glycémie en période de jeûne? Glucose aire l llu n ce atio Glycogéno- pir s Re genèse Conversion hépatique du ATP Glycogène glucose en triglycérides et stockage au sein du tissu adipeux (lipogenèse) Foie m. squelettique STAUDT C. 288 2. Métabolisme des glucides 1 Dégradation du glycogène hépatique Glucose aire l llu n ce atio Glycogéno- Glycogénolyse pir s Re genèse Conversion hépatique du ATP Glycogène glucose en triglycérides et stockage au sein du tissu adipeux (lipogenèse) Foie m. squelettique STAUDT C. 289 2. Métabolisme des glucides 1 Dégradation du glycogène hépatique Cellule hépatique Fibre musculaire squelettique Glycogène Glycogène Glycogénolyse Glycogénolyse partielle Glycogénogenèse Glucose-6-P Glucose-6-P Glycogénogenèse CO2 * Glucose ATP Glucose Glycogène hépatique = réserve de Glycogène musculaire = réserve glucose pour l’ensemble de l’organisme énergétique pour la contraction musculaire en phase de jeûne STAUDT C. 290 Explications texte : voir dia suivante 2. Métabolisme des glucides Cellules du foie: En phase nourrie, le glucose est converti en glycogène (glycogénogenèse) à stocké En phase de jeûne, le glycogène hépatique est dégradé en glucose (glycogénolyse). Il est exporté dans la circulation sanguine et est distribué aux autres organes à Le glycogène hépatique sert à alimenter la glycémie en phase de jeûne Cellules du muscle squelettique: En phase nourrie, le glucose est converti en glycogène (glycogénogenèse) à stocké La cellule musculaire peut réaliser une glycogénolyse partielle mais elle est incapable de convertir le G6P en glucose car elle ne possède pas l’enzyme nécessaire. Le muscle est donc incapable d’exporter du glucose pour alimenter directement la glycémie en phase de jeûne. A quoi sert le glycogène musculaire ? Lorsque les demandes en ATP sont élevées (ex. contraction musculaire), le glycogène est dégradé en glucose-6-P (glycogénolyse partielle). Le G6P va être détourné vers la glycolyse puis la respiration cellulaire à synthèse d’ATP. à Le glycogène des cellules musculaires sert à satisfaire ses besoins en ATP 291 STAUDT C. lors d’une contraction musculaire 2. Métabolisme des glucides 2 Synthèse endogène de glucose à partir de précurseurs non glucidiques Gluconéogenèse Lactate, acides Glucose aminés, glycérol ire llula n ce atio Glycogéno- Glycogénolyse Foie pir s Re genèse Conversion hépatique du ATP Glycogène glucose en triglycérides et stockage au sein du tissu adipeux (lipogenèse) Foie m. squelettique !!! Le glucose ne peut pas être produit au départ d’acides gras!! STAUDT C. 292 Explications texte : voir dia suivante 2. Métabolisme des glucides Gluconéogenèse … … … = Formation de glucose à partir de précurseurs non glucidiques: Lactate ( < des cellules musculaires (cfr. cycle de Cori) ) Certains acides aminés ( < catabolisme des protéines musculaires (à fonte musculaire) Glycérol (< catabolisme des triglycérides (provient de la lipolyse des graisses) Acide oxaloacétique (molécule d’amorçage du cycle de Krebs) !!! Le glucose ne peut pas être produit au départ d’acides gras!! Quand? En période de jeûne si les réserves de glucose sont insuffisantes à maintien de la glycémie ce qui permet de protéger l’organisme, notamment le cerveau, contre les effets néfastes d’une baisse de glycémie Où? Dans le foie (et dans une moindre mesure dans les reins) STAUDT C. 293 2. Métabolisme des glucides Etat de jeûne : Devenir des glucides Glycémie (mg/dl) Temps écoulé depuis le repas (heures) Lors d’un jeûne, la glycémie a tendance à ………………………………… mais ne descend pas sous le seuil de ……………………… mg/dl (normes de glycémie à jeun : < 100 mg/dL) Le catabolisme (voies de dégradation) l’emporte sur l’anabolisme (voies de synthèse). Les réactions biochimiques ont pour effet de: Rendre le glucose disponible en le faisant passer dans le sang (glycogénolyse, gluconéogenèse) Economiser le glucose pour les organes qui en ont le plus besoin en utilisant les lipides comme source d’énergie. L’objectif essentiel est de maintenir la glycémie à une valeur homéostatique (entre 70 et 100 mg/dl) STAUDT C. 294 à encéphale!!! 2. Métabolisme des glucides Etat de jeûne : Régulation hormonale Diminution de la sécrétion d’insuline à Inhibition des réponses cellulaires causées par l’insuline Diminution de la glycémie à Sécrétion de glucagon dans le sang par les cellules α du pancréas endocrine Glucagon = hormone peptidique et hyperglycémiante càd ………………………………………………… : Dans le foie : stimule la glycogénolyse et la gluconéogenèse. Dans le tissu adipeux : stimule la lipolyse, stimulant ainsi la libération d’acides gras et de glycérol dans le sang En cas de jeûne prolongé, la plus grande partie des lipides mobilisés est convertie en corps cétoniques dans le foie Le glucagon induit également une augmentation de la quantité d’acides gras dans le sang STAUDT C. 295 2. Métabolisme des glucides En résumé STOCKAGE Glycogène Glycogénolyse Glycogénogenèse Glucides alimentaires Digestion chimique Glucose Précurseurs non glucidiques Transformation du fructose et galactose Gluconéogenèse Glycolyse ATP Pyruvate Fermentation lactique ATP Lactate CO2 Voies anaboliques Voies cataboliques STAUDT C. 296 2. Métabolisme des glucides En résumé - + Insuline Glycogénolyse Glycolyse Hyperglycémie Lipolyse Glycogénogenèse Hypoglycémie Gluconéogenèse Lipogenèse Glucagon + - UE IPFC-1. Nutrition - Glucides 297 2. Métabolisme des glucides En résumé https://www.youtube.com/watch?v=mS2F8QuI2k8 STAUDT C. 298 2. Métabolisme des glucides Un peu d’entrainement … Parmi les propositions suivantes, sélectionnez la proposition correcte concernant le glucose : a) C’est un isomère du saccharose b) Chez l’humain, il est le produit de la digestion de la cellulose c) Il peut être produit par la glycogénogenèse d) Il est dégradé en pyruvate au cours de la glycolyse e) Aucune des propositions n’est vraie STAUDT C. 299 2. Métabolisme des glucides Un peu d’entrainement … Sélectionnez la(les) proposition(s) correcte(s) : a) Les cellules musculaires exportent du glucose en cas de jeûne prolongé b) La glycogénogenèse peut avoir lieu dans le foie et les muscles squelettiques c) La glycogénolyse peut avoir lieu dans le cerveau d) La glycolyse produit du glucose au départ de glycogène e) Toutes les propositions sont correctes STAUDT C. 300 2. Le métabolisme énergétique Un peu d’entrainement … Sélectionnez la(les) proposition(s) correcte(s) : a) La glycolyse a pour but de synthétiser du glucose b) La glycolyse génère de l’ATP c) La glycolyse génère du CO2 d) La glycolyse a lieu dans les mitochondries e) La glycolyse génère du pyruvate STAUDT C. 301 6. Exercice intégratif Un peu d’entrainement … Complétez le texte à trous concernant le métabolisme des glucides ci-dessous avec les termes adéquats. Le ________________ est la principale source d’énergie pour la production d’ATP. L’équilibre de sa concentration dans le sang (= ____________ ) est donc primordial. Si la glycémie est trop élevée ( = _____________________), une partie de l’excès de glucose est emmagasinée dans les cellules _______________ et _______________ (organes) sous forme de _________________. Si malgré ce mécanisme, la glycémie reste trop élevée, l’excès de glucose est converti en _______________, stockés dans _________________. Lorsque la glycémie est top faible ( = _____________________), __________ (organe) dégrade ses réserves de ________________ suite à l’action de (hormone) produite par ________________ et libère du _______________ dans STAUDT C. 302 le sang afin de réapprovisionner les cellules. 3. Métabolisme des glucides Métabolisme des GLUCIDES: vue d’ensemble Nom de la voie Molécule de Molécule Anabolique/ Tissu(s) départ finale catabolique concerné(s) Glycolyse Glycogénogenèse Glycogénolyse Gluconéogenèse STAUDT C. 303 3. Métabolisme des lipides STAUDT C. 304 3. Métabolisme des Lipides Foie = organe responsable de la grande partie du métabolisme des lipides Synthèse des lipoprotéines VLDL Synthétiser l’ATP nécessaire Synthèse du aux cellules hépatiques cholestérol STAUDT C. 305 3. Métabolisme des Lipides Quelles sont les biomolécules vues jusqu’ici et qui peuvent servir de substrat énergétique et donc permettre la production d’ATP ? = 1 Glycérol + STAUDT C. 306 3 acides gras 3. Métabolisme des Lipides Glycémie (jeûne) Métabolisme des LIPIDES: vue d’ensemble Glucose Gluconéo- Glycolyse genèse LipolyseGlycérol Triglycérides + Lipogenèse Acides gras Be ta ox Pyruvate yd at ion stockés Cétogenèse Acétyl CoA Corps cétoniques Stéroïdes Cycle de Cholestérol Krebs Sels biliaires Phosphorylation ATP oxydative STAUDT C. 307 Explications sur la dia suivante 3. Métabolisme des Lipides Lipogenèse A lieu en phase nourrie Dans le tissu adipeux : les triglycérides formés sont stockés dans des gouttelettes lipidiques. Dans le foie, les triglycérides formés ne sont pas stockés mais sont incorporés dans des VLDL et entrent dans la circulation sanguine pour rejoindre le tissu adipeux. STAUDT C. 308 3. Métabolisme des Lipides Lipolyse A lieu en période de jeûne dans le tissu adipeux La réaction fait intervenir une enzyme appelée lipase. Le glycérol et les acides gras formés entrent dans la circulation sanguine. Le glycérol est converti en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P), un intermédiaire de la glycolyse, qui peut : a) soit poursuivre la glycolyse et entrer dans le cycle de Krebs. à production d’ATP b) soit être converti en glucose dans le foie par la gluconéogenèse à maintien de la glycémie en phase de jeûne Les acides gras sont oxydés et transformés en Acétyl-CoA par un processus appelé β-oxydation. L’acétyl-CoA : a) poursuit son oxydation en entrant dans le cycle de Krebs à production d’ATP b) Ne peut en aucun cas subir la gluconéogenèse : il ne peut pas contribuer au maintien de la glycémie ! STAUDT C. 309 3. Métabolisme des Lipides Cétogenèse En période de jeûne, le foie convertit l’Acétyl-CoA en corps cétoniques Ces corps cétoniques sont libérés dans la circulation sanguine et sont utilisés en période de jeûne (prolongé) comme combustible énergétique par le muscle et le cerveau. Les corps cétoniques sont essentiels car ils permettent au cerveau de fonctionner quand le glucose vient à manquer. Il s’agit de composés acides. Ne pas retenir les formules chimiques STAUDT C. 310 3. Métabolisme des lipides Dans certains cas (jeûne, régime alimentaire mal équilibré, diabète de type I), une accumulation de corps cétoniques dans le sang apparaît. Quel type de déséquilibre acido-basique est susceptible de survenir suite à cette accumulation? ………………………………………………….. Lorsque ce type de déséquilibre survient suite à l’accumulation de corps cétoniques, on parlera de cétose. Il s’accompagne d’une augmentation/diminution du pH plasmatique. Compensation respiratoire mise en place par l’organisme : augmentation/diminution de la ventilation STAUDT C. 311 3. Métabolisme des lipides Un peu d’entrainement … Quelle proposition concernant le métabolisme des lipides est vraie? a) Les corps cétoniques sont produits dans le cerveau b) La lipolyse d’un triglycéride libère 3 glycérol et 1 acide gras c) Les corps cétoniques augmentent le pH sanguin d) Les acides gras sont synthétisés par l’assemblage de molécules de glycérol e) Aucune des propositions n’est vraie STAUDT C. 312 3. Métabolisme des lipides Un peu d’entrainement … Quelle proposition concernant le métabolisme des lipides est vraie? a) Les triglycérides sont issus de la lipogenèse dans le foie et sont transportés dans la circulation sanguine par des chylomicrons b) Le glycérol ne peut en aucun cas être synthétisé au départ de glucose c) Le glucose peut être converti en acide gras, mais la transformation inverse est impossible d) La béta-oxydation des acides gras génère du pyruvate. e) Aucune des propositions n’est vraie STAUDT C. 313 3. Métabolisme des lipides Métabolisme des LIPIDES: vue d’ensemble Nom de la voie Molécule de Molécule Anabolique/ Tissu(s) départ finale catabolique concerné(s) Lipogenèse Lipolyse β-oxydation Cétogenèse STAUDT C. 314 4. Métabolisme des protides STAUDT C. 315 4. Métabolisme des protides 1. Origine des acides aminés présents au sein de notre organisme Essentiel des structures cellulaires = Intermédiaires Protéines Protéines de la glycolyse, cellulaires alimentaires du cycle de Krebs à épargne!!!! Amine Biosynthèse Dégradation des Digestion protéines endommagées Sauf pour les acides aminés essentiels! Acides aminés Rôles des acides aminés au sein de l’organisme : anabolisme - ………………………………. catabolisme - ………………………………. STAUDT C. 316 - ………………………………. 4. Métabolisme des protides 2. Devenir des acides aminés au sein de notre organisme Acides aminés Transformation Traduction Désamination Protéines Autres composés cellulaires azotés Squelette carboné NH4+ Ion ammonium Cycle de l’urée anabolisme Acétyl-CoA, Intermédiaires catabolisme du cycle de Krebs, de la Urée Les acides aminés glycolyse excédentaires ne Gluconéogenèse sont PAS STOCKES! Lipogenèse Respiration cellulaire Cétogenèse ATP et CO2 Glucose Acides gras STAUDT C. 317 Corps cétoniques 4. Métabolisme des protides 2. Devenir des acides aminés au sein de notre organisme Acides aminés : PAS stockés sous forme de protéines! Mais : - - servent à la production d’énergie, - - stockés après avoir été convertis en triglycérides ou en glycogène STAUDT C. 318 4. Métabolisme des protides Quel est le devenir de l’ion ammonium (NH4+) ? NH4+ = produit de métabolisme hautement nocif pour les cellules - réutilisé pour la synthèse de nouveaux aa ou d’autres composés azotés - éliminé : au niveau du foie, le NH4+ peut être converti en urée Reins Foie Cycle de urée Urine NH4+ + CO2 l’urée L’urée produit au niveau du foie rejoint les reins par la circulation sanguine L’urée est finalement excrété au niveau des reins STAUDT C. 319 5. Métabolisme des protides Sélectionnez la(les) proposition(s) correctes : a) Le cycle de l’urée a lieu dans les reins b) Les triglycérides sont formés de trois glycérol et d’un acide aminé c) Certains acides aminés peuvent servir de substrat à la gluconéogenèse d) Seuls les acides aminés essentiels peuvent être biosynthétisés dans le foie e) Les protéines sont des formes de stockage des acides aminés STAUDT C. 320 4. Métabolisme des protides Métabolisme des PROTIDES : vue d’ensemble Nom de la voie Molécule de Molécule Ana-/ Tissus départ finale catabolique concerné(s) Synthèse des protéines (traduction) Dégradation des protéines Biosynthèse des acides aminés Catabolisme des acides aminés Cycle de l’urée / STAUDT C. 321 5. Etats métaboliques de l’organisme STAUDT C. 322 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat nourri Intestin Foie Amidon Glucose Saccharose Lipogenèse Lactose Glyco- TG genèse Fructose Glucose Glycogène Galactose TG VLDL Respiration Glyco- cellulaire Respiration genèse CO2, Glycérol + Acides gras cellulaire Glycogène ATP Lipogenèse CO2, ATP TG Muscle strié squelettique Respiration CO2, ATP Autres tissus cellulaire périphériques Tissu adipeux anabolisme STAUDT C. 323 catabolisme Explications: voir dia suivante 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat nourri / période post-prandiale Constitution des réserves d’origine glucidique Utilisation du glucose sanguin < alimentation pour synthétiser de l’ATP (glycolyse, cycle de Krebs + phosphorylation oxydative) Mise en réserve de l’excès de glucose sous forme de glycogène (glycogénogenèse hépatique et musculaire) Synthèse hépatique de TG stockés au niveau du tissu adipeux Constitution des réserves d’origine lipidique Mise en réserve des lipides alimentaires (< chylomicrons) sous forme de triglycérides au niveau du tissu adipeux (< VLDL) Constitution des « réserves » d’origine protéique Renouvellement des protéines (ex. abimées, mobilisées au cours du jeûne) Mise en réserve de l’excès d’aa sous forme de triglycérides (synthèse hépatique) C. Staudt 324  Dans tous les tissus: Dans le Glycogène Glucose Tube digestif Glucose muscle: Protéine Acides aminés Glucose Lipides Dans le tissu adipeux: Dans le foie: Acides Glycogène Glucose cétonique Glycéraldéhyde s Acides gras 3-phosphate Acides gras Glycérol Acides gras Protéines Glycérol Lipides Lipides © Pearson ERPI, tous droits réservés. ) Principales voies de l’état postprandial 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat de jeûne Mobilisation des réserves de glycogène hépatique Dégradation du glycogène hépatique via la glycogénolyse (> érythrocytes, cerveau) Activation de la gluconéogenèse étant donné les stocks limités de glycogène Mobilisation des réserves des triglycérides du tissu adipeux Les acides gras ne peuvent PAS être convertis en glucose Dégradation des AG pour produire : ATP (beta-oxydation des acides gras) Corps cétoniques (cétogenèse) – jeune de longue durée Mobilisation des protéines musculaires Protéolyse musculaire en vue de produire : - glucose, ATP, corps cétoniques C. Staudt 326  Dans le tissu adipeux: Glycogène Dans les 2 muscles: Triglycérides Protéines Pyruvate et lactate 3 4 Acides aminés Dans la plupart des tissus: 2 Acides 4 Triglycérides3 gras + Dans le glycérol foie: Pyruvate Glycérol Acides gras Acides aminés et lactate Corps Corps cétoniqu 2 3 cétoniques 4 es Acides cétoniques Glucose Glucose sanguin 1 Réserve de Dans le glycogène tissu nerveux: © Pearson ERPI, tous droits réservés. Principales voies de l’état de jeûne 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat de jeûne de courte durée FOIE CERVEAU glycogène 1 Glycogénolyse 2 Respi ç CO2, glucose glucose Gluconéogenèse ATP Gluco 2 néogenèse NH4+ urée Cycle de l’urée ϴ ATP, Respir Céto corps a. gras CO2 cellulaire genèse cétoniques 3 4 a. aminés urine glycérol REINS corps cétoniques 4 a. aminés 2a Respi ç CO2, 2b Dégradation Lipolyse a. gras 3 ATP protéines TG MUSCLE STRIE STAUDT C. SQUELETTIQUE 328 TISSU ADIPEUX Explication : dias suivantes 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat de jeûne de courte durée A l’état de jeûne, le foie produit du glucose pour maintenir la glycémie : 1 Les réserves de glycogène du foie sont les premières utilisées. Le glycogène est transformé en glucose par la voie de glycogénolyse. La réserve de glycogène est cependant limitée (max. 200 à 300 g de glycogène dans le foie). 2 Si jeûne se prolonge, le foie produit également du glucose par la voie de la gluconéogenèse. Plus le jeûne se prolonge, plus la part de glucose produit par gluconéogenèse augmente. Le glucose est produit au départ de lactate, de glycérol et d’acides aminés glucogènes. Il n’est en aucun cas produit au départ d’acides gras! Le glycérol est obtenu par la lipolyse des triglycérides dans le tissu adipeux. Les acides aminés sont générés par la dégradation de protéines musculaires 2a 2b principalement. Ils sont transportés vers le foie, où ils sont désaminés. Leur squelette carboné est utilisé pour produire le glucose, tandis que le NH4+, toxique, est converti en urée par le cycle de l’urée et excrété par les reins. Des substrats alternatifs au glucose sont utilisés par certains organes afin d’épargner le glucose pour l’encéphale : 3 Les acides gras, produits par la lipolyse dans le tissu adipeux, sont utilisés comme substrat énergétique dans de nombreux tissus, par exemple les muscles et le foie. Des corps cétoniques, produits au départ d’acides gras dans le foie par la voie de la 4 cétogenèse, sont également utilisés comme substrat énergétique dans certains tissus comme les muscles. STAUDT C. 329 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat de jeûne prolongé FOIE CERVEAU glycogène 4 Respi ç CO2, glucose glucose Gluconéogenèse ATP Gluco 3 néogenèse NH4+ urée Cycle de l’urée ATP, Respir Céto corps a. gras CO2 cellulaire genèse cétoniques 5 6 a. aminés urine glycérol 2 REINS corps cétoniques a. aminés Respi ç CO2, 3 Dégradation Lipolyse a. gras 1 ATP protéines TG 5 MUSCLE STRIE STAUDT C. SQUELETTIQUE 330 TISSU ADIPEUX Explication : dias suivantes 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat de jeûne prolongé Après 3 à 5 jours de jeûne, le métabolisme s’adapte principalement pour éviter une perte trop importante de protéines au niveau des muscles. 1 Les muscles diminuent leur consommation de corps cétoniques et utilisent principalement les acides gras comme combustible énergétique. 2 La concentration plasmatique en corps cétoniques augmente à l’encéphale commence à consommer des corps cétoniques pour produire son ATP. La consommation de glucose par l’encéphale diminue (mais n’est pas nulle!) 3 Etant donné que la consommation de glucose par l’encéphale diminue, le foie doit produire moins de glucose par la voie de la gluconéogenèse. Par conséquent, les muscles doivent fournir moins d’acides aminés au foie et la dégradation de protéines musculaires diminue. Le tissu adipeux continue de mobiliser les réserves de triglycérides. 4 Le glycérol libéré sert à la gluconéogenèse dans le foie. 5 Les acides gras libérés constituent le principal carburant énergétique pour la plupart des tissus de l’organisme (mais pas le cerveau) 6 ou sont convertis en corps cétoniques par le foie. STAUDT C. 331 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat nourri : Devenir des lipides absorbés Nom de la voie Molécule de Molécule Anabolique/ Activée à départ finale catabolique l’état nourri (oui/non) Lipogenèse Lipolyse β-oxydation Cétogenèse STAUDT C. 332 5. Etats métaboliques de l’organisme Etat nourri : Devenir des protides absorbés Nom de la voie Molécule de Molécule Ana-/ Activée à départ finale catabolique l’état nourri (oui/non) Synthèse des protéines (traduction) Dégradation des protéines Biosynthèse des acides aminés Catabolisme des acides aminés Cycle de l’urée / STAUDT C. 333 5. Etats métaboliques de l’organisme Post-test Parmi les différentes voies métaboliques abordées dans le cadre du cours de biochimie reprises ci-dessous, déterminez à quel type de biomolécule elles se rapportent et si elles sont de type anabolique ou catabolique. Voie métabolique Glucides Lipides Protides Anab. Catab. À jeun Nourri Glycolyse Lipogenèse Gluconéogenèse Cétogenèse Glycogénolyse Glycogénogenèse Lipolyse Désamination Beta-oxydation des acides gras STAUDT C. 334 STAUDT C. 335 6. Exercices intégratifs STAUDT C. 336 6. Exercices intégratifs STAUDT C. 337 6. Exercices intégratifs La glycogénose par déficit en glucose-6-phosphatase (G6P) ou glycogénose de type 1, est un groupe de maladie métaboliques héréditaires. Elle comprend les types a et b et elle est caractérisée par une intolérance au jeûne, un retard de croissance et une hépatomégalie. (www.orpha.net) 1. Sur base de vos connaissances antérieures en biochimie, quel est le substrat de la glucose-6-phosphatase? 2. Quelle est le nom de la voie métabolique qui fait défaut chez les patients souffrant de glycogénose de type I? STAUDT C. 338 6. Exercices intégratifs La glycogénose par déficit en glucose-6-phosphatase (G6P) ou glycogénose de type 1, est un groupe de maladie métaboliques héréditaires. Elle comprend les types a et b et elle est caractérisée par une intolérance au jeûne, un retard de croissance et une hépatomégalie. (www.orpha.net) 1. 2. 3. Comment expliquez-vous l’hépatomégalie caractéristique chez ces patients? 4. Comment expliquez-vous que ces patients soient intolérants au jeûne? STAUDT C. 339 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Mme Courant, hospitalisée en maternité, est intolérante au lactose. En échangeant avec elle au sujet de ses plateaux repas, elle vous dit que, suite à cette intolérance, elle ne peut pas consommer d’aliments contenant des protéines de lait de vache. Que pouvez-vous lui dire à ce sujet ? STAUDT C. 340 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … On mesure une forte concentration d’acétone dans le sang d’une jeune fille anorexique. Comment s’appelle cet état et quelle en est la cause ? STAUDT C. 341 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Justin souffre, de la maladie de Vivo, une maladie rare caractérisée par un déficit en un transporteur intracérébral du glucose. Cette pathologie l’oblige à suivre un régime cétogène. 1. Sur base de vos connaissances en biochimie, quelle pourrait-être la particularité de ce type de régime? 2. Pourquoi est-il conseillé dans le cas de Justin? STAUDT C. 342 6. Exercices intégratifs Test de Guthrie Dépistage néonatal systématique instauré en 1968 en FWB; permet de dépister gratuitement actuellement 13 maladies rares chez le nouveau- né dont la phénylcétonurie, une maladie génétique héréditaire qui empêche de métaboliser la phénylalanine. 1. A quel type de biomolécule correspond la phénylalanine? STAUDT C. 343 6. Exercices intégratifs 2. En temps normal, la phénylalanine est transformée en tyrosine par la phénylalanine-4-hydroxylase (PheH). En cas de phénylcétonurie, suite à une mutaÅon généÅque, la PheH est produite en quanÅté insuffisante ou non foncÅonnelle. La voie métabolique impliquant la PheH est illustrée ci-dessous. Quel sera l’impact de ceÉe mutaÅon sur : § Le taux de phénylalanine § La taux de tyrosine § La taux de l-dopa STAUDT C. 344 6. Exercices intégratifs 3. Sachant que la phénylalanine est un acide aminé essentiel, en quoi doit consister la prise en charge des patients atteints de phénylcétonurie? STAUDT C. 345 6. Exercices intégra#fs Un peu d’entrainement … L’augmentation physiologique du taux de cholestérol au cours de la grossesse est un phénomène bien connu. Comment pouvez-vous justifier cette augmentation? STAUDT C. 346 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Visualisez la vidéo ci-dessus qui traite du métabolisme des glucides. https://www.youtube.com/watch?v=3nID7mAwqYA Cette vidéo comporte deux erreurs. Quelles sont-elles? STAUDT C. 347 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Sélectionnez le terme adéquat et justifiez. Après une opération, l’organisme se trouve dans une phase anabolique/catabolique intense. STAUDT C. 348 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Lesquels des événements qui suivent se produisent peu de temps après l’ingestion de nourriture ? a) La dégradation des acides aminés comme principale source d’énergie. b) La lipogenèse (et la formation de graisse). c) La dégradation de la graisse emmagasinée. d) L’augmentation du captage du glucose par les muscles squelettiques et d’autres tissus. STAUDT C. 349 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Quelles molécules, parmi les suivantes sont couramment utilisées par les cellules pour fabriquer de l’ATP ? a) Le cholestérol b) Les acides aminés c) Les acides gras d) Le glucose STAUDT C. 350 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Elise, 18 mois, arrive aux urgences pédiatriques pour vomissements, douleurs abdominales. Son haleine a une odeur fruitée. Elle est à jeun depuis plusieurs heures. Selon-vous, de quoi souffre t-elle ? Parmi les propositions ci-dessous, quel est le composé qui devrait lui être administré ? a) Glucose b) Lipides c) Bicarbonates d) Corps cétoniques e) Protéines STAUDT C. 351 6. Exercices intégratifs Un peu d’entrainement … Après digestion d’un repas riche en glucides et en graisses, quelle(s) situation(s) peuvent se produire (chez une personne ne souffrant d’aucune maladie)? a) Les triglycérides sont transportés par la veine porte au foie b) La glycémie augmente et la sécrétion d’insuline diminue c) Les muscles squelettiques convertissent le glucose en acides gras d) La synthèse de VLDL par le foie augmente e) La glycogénogenèse a lieu dans le foie STAUDT C. 352