Cours 1 Introduction au métabolime 2022-2023 PDF

BIOCHIMIE METABOLIQUE Bloc 2 Année académique 2022 -2023 BIME BMOL-G2209 DENT BMOL-G2210 (ex BMOL-G2201) MEDI BMOL-G2202 (ex BMOL-G2204) VETE BMOL–G2206 Marie-Isabelle GARCIA 1  CONTACT Email: [email protected]...

BIOCHIMIE METABOLIQUE Bloc 2 Année académique 2022 -2023 BIME BMOL-G2209 DENT BMOL-G2210 (ex BMOL-G2201) MEDI BMOL-G2202 (ex BMOL-G2204) VETE BMOL–G2206 Marie-Isabelle GARCIA 1  CONTACT Email: [email protected] Recherche: Faculté de Médecine-IRIBHM Bâtiment C Website: https://iribhm.org/ghopat-gpcrs-in-homeostasis-and-pathology/ INTESTINAL STEM CELL BIOLOGY LAB ici ce sont des organoïdes intestinaux en train de pousser àpd de cel souches 2  BIOCHIMIE METABOLIQUE Cette carte = toutes les réac bioch qui se déroulent ds les cel pour les maintenir en fonctionnement Objectif = comprendre comment les cel sont capa de capter de l’énergie, oxyder un composé pour en tirer de l’énergie, la stocker au besoin et la recapter en conditions de jeûne (si besoin de recapter l’énergie) dans le but de maintenir l’homéostasie dans les cel Etude de la structure, composition de la matière vivante … et des réactions chimiques des molécules dans les cellules vivantes PRE-REQUIS Biologie Chimie Voies métaboliques et régulations Biochimie générale Comment capter, utiliser, stocker et remobiliser l’énergie chimique? Régulation coordonnée du métabolisme (métabolisme du jeûne)? 3  La carte à G = tous les gros points importants du métabolisme - plan général du cours BIOCHIMIE METABOLIQUE Métabolisme glucidique > hors métabo glycogène (déjà vu en B1) > comment oxydation de ces composés en vert donne de l’énergie Pour le métabolisme azoté plus complexe car on a des atomes d’azote entrant ds la compo des aa > on va voir comment on détoxi e via le cycle de l’urée 18 x 2 h Cours Théorique PLAN du cours I. Principes de bioénergétique Nucleic Bases & métabolisme oxydatif = fondamentaux = le bleu en bas acids P Pentose II. Principales voie métaboliques s et régulations Métabolisme des sucres Métabolisme des lipides Métabolisme azoté III. Métabolisme du jeûne (régulation métabolique coordonnée) Comment on absorbe les nutriments > on les transforme en énergie, stocke et utilise en cas de besoin/ jeûne 4 BIOCHIMIE METABOLIQUE I. Principes de bioénergétique & métabolisme oxydatif Nucleic Bases acids P Pentose s Cours 1: Introduction au métabolisme (rappels) Cours 2: Bioénergétique Cours 3: Cycle de Krebs Cours 4: Phosphorylation oxydative Bioénergétique = qu’est ce qui fait qu’une voie métabolique peut se dérouler spontanément dans une cel Cycle de Krebs = ESSENTIEL > ses 8 intermédiaires du cycle sont le carrefour central des di érentes voies + la CHAINE RESPIRATOIRE > comment on va synthétiser de l’ATP grâce à l’utilisation des e- qui ont été captés par les processus d’oxydation 5 BIOCHIMIE METABOLIQUE II. Principales voie métaboliques et régulations Nucleic Bases acids Métabolisme des sucres P Pentose s Cours 5: Glycolyse Métabolisme aérobie/anaérobie des sucres 6: Glycolyse aérobie/anaérobie Cours 5: (autres sucres) etGlycolyse Cours 6: Voie des pentoses phosphates (autres sucres) Cours 7: etNéoglucogenèse Voie des pentoses phosphates Cours 7: 8: Néoglucogenèse Métabolisme du glycogène Glycolyse = oxydation du glucose pour en tirer l’énergie Néoglucogénèse = comment synthétiser du glucose àpd C dispo non issu du métabo des sucres Synthèse du glycogène et dégradation sont pas abordés car déjà inclus dans bioch générale 6 BIOCHIMIE METABOLIQUE II. Principales voie métaboliques et régulations Nucleic Bases acids P Pentose s Métabolisme des lipides Cours 9: La β-oxydation Métabolisme des acides gras des lipides Cours 10: oxydation 8: La des des β-oxydation acides grasgras acides (suite) et formation Cours des corps 9: oxydation des cétoniques acides gras (suite) Cours 11: Biogenèse et formation des des corps acides gras cétoniques Cours 12: Métabolisme 10: Biogenèse duacides des cholestérol gras, triacylglycérides et du cholestérol 7 BIOCHIMIE METABOLIQUE II. Principales voie métaboliques et régulations Nucleic acids Bases P Métabolisme azoté Pentose Cours 13: Le cycle Métabolisme azotéde l’urée s Cours Cours 14: Dégradation 11: Le des acides aminés cycle de l’urée Cours Cours 15: 12: Biosynthèse Métabolisme des des acides acides aminés aminés Cours 16: Métabolisme et dérivés: des dégradation et bases azotées biosynthèse et nucléotides Cours 13: Métabolisme des bases azotées et nucléotides Cycle de l’urée = la prise en charge des atomes d’azote Acides aminés > simpli e en 1 seul cours dégradation + synthèse 8 BIOCHIMIE METABOLIQUE Cours 15 = vision d’ensemble III. Métabolisme du jeûne (régulation métabolique coordonnée) Cours 15 Cours 16-18 Révisions Examens corrigés 9  Les coenzymes sont des molécules organiques particulières, pouvant inclure des ions métalliques, ayant pour spéci cité de servir de cofacteurs dans certaines enzymes, en participant obligatoirement à la réaction Comment capter, utiliser, stocker et remobiliser catalytique. Deux types de coenzymes peuvent être distingués : ceux qui sont structurellement liés par une liaison covalente à l'enzyme au sein l’énergie chimique? d'un complexe stable et qu'on quali e de groupements prosthétiques, et ceux qui se lient de manière transitoire à l'enzyme et participent théorie Régulation coordonnée du métabolisme au cycle catalytique. Ex. de coenzyme REDOX -> NAD/ FAD (métabolisme du jeûne)? A CONNAITRE La structure chimique et le nom des composés Structures des composés reviennent souvent ds les di voies Le nom des enzymes/coenzymes qui catalysent les réactions Point de contrôle = méca mis en place pour réduire ou Les points de contrôle de chaque voie et son type de régulation contrôler en fct° des besoins les processus métabo Les exemples de dysfonctionnements possibles Dysfonctionnements: pas que des maladies venant de activité enzymatique dé ciente mais aussi importance du métabo avec surconso alimentaire < prise de poids/ obésité et diabète On ne peut étudier la biochimie métabolique à moitié!!  Connexions: par ex. comment les atomes de C venant des pratique COMPETENCES ATTENDUES aa sont utilisés pour produire du glucose dans la cel? exercices théorie  Décrire dans le détail les voies principales du métabolisme et les connexions ainsi que leur régulation (exemples où le métabolisme est altéré)  Connaître les outils méthodologiques et interpréter des résultats expérimentaux (savoir faire/prise de décision) ⇒ Socle de compétences requis pour la poursuite de vos cursus MEDI Bloc 2 Biochimie Pathologique (Métabolisme énergétique & contrôle de la prise alimentaire) BIME DENT VETE Signalisation cellulaire Biochimie Biochimie Appliquée Bloc 3 Médecine Moléculaire Pathologique & & Nutrition Biochimie analytique pharmacologie 11  Recherche actuelle sur le métabolisme & cancer / vieillissement Métabolisme des cel revient en tête de pont de la recherche. Ici dans le tube digestif exemples de publications mettant en avant l’importance des Science, 2019 dérégulations métabo. Des altérations du métabo peuvent augmenter les risques de dév de cancer PS: Ces articles ne sont pas à lire! CSC, 2018 EMBO reports, 2020 Nature, 2016 12  PRESTATION DE L’ENSEIGNEMENT Chaque cours est disponible Cours Magistral format Pdf (accessible avant séance) (horaires sur « TE ») Cours disponibles au format vidéo (accessible après séance) AIDE A LA REUSSITE Livres de référence autoévaluation * Fin des chapitres =>QCM/exercices Début de chaque séance: corrigés * Examens antérieurs => disponibles sur Uvi Cours 16 à 18: correction en auditoire 13 METHODE D’EVALUATION (FICHES DE COURS!) DENT BMOL-G2210 BIME BMOL-G2209 AA1 Biochimie générale Q1 AA1 Biochimie métabolique Q2 AA2 Biochimie métabolique Q2 AA2 Radioprotection Q2 VETE BMOL-G2206 AA1 Biochimie générale Q1 AA2 Travaux pratiques de biochimie Q1 AA3 Biochimie métabolique Q2 MEDI BMOL-G2202 AA1 Biochimie générale Q1 AA2 Biochimie métabolique Q2 AA3 Tumorigénèse Q2 AA4 Métabolisme énergétique & contrôle de la prise alimentaire Q2 AA5 Travaux pratiques de biochimie Q1 EXAMENS SEPARES pour les diverses activités d’apprentissage POUR QUE L’UNITE D’ENSEIGNEMENT SOIT VALIDEE, LA QUOTE DE L’EXAMEN DOIT ETRE ≥ 10/20 AE validées reportées d’une session à l’autre et d’une année sur l’autre 14  Si on parle de métabo besoin de parler de source d’énergie. Toute cel a besoin d’énergie pour survivre. D’où vient l’énergie? dépend des organismes COURS 1 Introduction au métabolisme 15  1. Sources énergétiques des organismes vivants Toute cellule vivante a besoin d’énergie pour survivre (croître, se reproduire) L’énergie requise pour ce travail provient de l’environnement. Source d’énergie de 2 types: Classification des organismes vivants (type trophique) -Phototrophes = utilise lumière comme source -Chimiotrophes (nous) = énergie < compo chimiques PHOTOTROPHES (Lumière) Source d’énergie CHIMIOTROPHES (Composés chimiques) Source du pvr réducteur = source fournissant les électrons qu’on utilise pour ORGANOTROPHES (Composés organiques) produire de l’E Source du La plupart des procaryotes -Organotrophes (nous) > tirent les électrons àpd Tous les eucaryotes non photosynthétiques pouvoir réducteur compo organiques -Lithotrophes = utilise les (donneur d’e- ) LITHOTROPHES (Composés inorganiques) électrons < composés non organiques Bactéries sulfureuses (CO2 + 2 H2S > Glucides + H2O + 2S AUTOTROPHES (CO2) Pour les autotrophes (les plantes) > utilisent les atomes de Source de Plantes Cyanobactéries C venant du CO2 pour synthétiser des composés organiques via la photosynthèse carbone HETEROTROPHES (Composés organiques) En rose = nous-même 16 2. Vue générale du métabolisme Ds le métabolisme on a 2 composantes 1/ Catabolisme: on part de composés complexes (< alimentation surtout type sucres, graisses, prot) on va dégrader ces composés complexes 2/ Anabolisme = processus inverse Les voies sont interconnectées, les atomes de C permettent de circuler d’une voie à l’autre Métabolisme:  Ensemble des réactions chimiques qui se déroulent dans les cellules  Constitué de voies interconnectées et interdépendantes Deux composantes:  Catabolisme  Anabolisme 17  Catabolisme > on casse Compo complexes = macromolécules (sucres, lipides, prot), 2. Vue générale du métabolisme dégradés pour en tirer de l’énergie On les oxyde > libère du CO2 et du H2O + énergie Cette énergie est captée pour former de l’ATP et elle est captée par des transporteurs (=co enzymes NAD+ et le FAD). Une partie de ce process d’oxydation est perdu aussi p/ la chaleur CATABOLISME: L’énergie chimique potentielle contenue dans les composés carbonés complexes (alimentation) subit des transformations chimiques permettant de libérer de l’énergie utilisable par les cellules pour du travail oxydation Oxydation Sucres, lipides CO2 + H20 + Energie Energie * véhiculée (flux d’électrons) par des transporteurs NAD+/NADP+/FAD pour synthétiser l’ATP * stockée sous forme d’ATP (« monnaie énergétique cellulaire ») * perdue par libération de chaleur 18  Comment faire pour partir de petits composés pour synthétiser des composés complexes au sein de la cel. 2. Vue générale du métabolisme Pour ça besoin en plus des précurseurs, d’énergie dans la cel (ATP) ou des liaisons à haut potentiel énergétique autres que ATP On va avoir des condensations associés alors à des processus de REDUCTION > on va donc faire appel à ces transporteurs d’électrons aussi pour l’anabolisme ANABOLISME: Réactions chimiques qui permettent de produire des macromolécules à partir de petites molécules précurseurs grâce à l’énergie disponible stockée. réduction Energie + précurseurs Macromolécules Réduction * Utilisation d’ATP par transfert de phosphoryl * Véhiculée par les transporteurs d’e- (NADH/NADPH/FADH2) 19  3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Sucres Lipides Protéines Macromolécules Polysaccharides (triacylglycérol) Digestion, absorption intestinale, transport Molécules simples (+/- réduites) On part de composés complexes: sucres (polysacharides), lipides Oxydation: 1ere phase (surtout triacylglycerol + cholesterol), des prot. Lors de digestion on dégarde en petits nutriments ces composés complexes, dégradés ds Génération d’Acétyl CoA intestin puis transportés via circulation vers ttes cel de l’organisme. On retrouve alors des composés + simples: le glucose pour les carbohydrates, des AG et des aa. Ces molécules simples subissent ensuite une oxydation où on a des électrons extraits qui vont être utilisés pour fournir de l’énergie. L’oxydation de ces composés vont converger l’acetyl-CoA (mais pas que). Acetyl = 2 atomes C (acetyl « CO-CH3 avec Oxydation: 2eme phase une cétone s/ CO). Cet acetyl CoA va subir une oxydation ausssi (on continue l’oxydation) et les 2 atomes de C sont éliminés sous forme de Cycle de Krebs CO2 mais les e- présents ds les liaisons entre les C sont extraits lors du cycle de Krebs pour fournir de l’énergie. TCA = tricarboxylique acide = autre nom du cycle de Krebs. Lors du cycle de Krebs, on extrait des e- et ces e- (ds la mitochondrie) sont transportés au sein de la chaine respiratoire pour réduire l’O2 en H2O et synthétiser la monnaie énergétique de l’ATP Oxydation: 3eme phase Transfert des électrons à la chaîne respiratoire et phosphorylation oxydative Cours 3 et 4 sont dédiés à ces phases d’oxydation = fondements du catabolisme 20 ACETYL- coenzyme A = groupement acetyl + la co-enzyme A 3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Sucres (starch=amidon) Polysaccharides Amidon: polymères de glucose 6 5 4 1 2 3 Ici on a un tube digestif schématique. Lieu de la digestion et où les macromoléc sont découpées en petits nutriments pour être absorbés au niv de la paroi intestinale On ingère des sucres polysaccharides (amidon = polymère de glucose, lactose et fructose (=disaccharides) Ces process d’oxydation démarrent dés la salivation avec des alpha amylases et venant aussi des sucs du pancréas Les cel en bleu = entrerocytes tapissant paroi du TD et on a les nutriments sous forme de MONOsaccharides glucose, fructose, galactose absorbés pour fournir l’énergie de base aux cel 21  3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Sucres Polysaccharides Glucose (sucre prédominant au niveau sanguin) Glucose = composant majeur des nutriments de la circulation sanguine contient au C1 une fonction aldéhyde Aldéhyde (sur le carbone anomérique) et en 5 en alcool > en solution on peut former les structures cycliques glucopyranose alpha et beta. On a aussi le carbone 6 avec fonction OH qui peut être 1% ensuite oxydée aldéhyde alcool cétone Mutarotation en solution Glucose et galactose = 2 moléc avec fonction aldéhyde sur le C1 Poids moléc = 180 g/mol de glucose et idem galactose seule chose qui change = position de l’OH sur le C4. Ce sont des épimères car changent que par la position d’un groupe OH Fructose = pareil 6 atomes de C mais p/r au glucose c’est les groupements du C1 (OH et pas aldéhyde) et C2 (fonction cétone). en solution le fructose forme des cycles à 5 atomes de C. P/r au glucose, les fonctions OH du C1 et C6 sont dispo pour le fructose > on peut phosphoryler ces OH alors que pour glucose on peut le faire que sur le C6 36% 63% 22 3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Sucres Polysaccharides cellulose (polymères de β(1->4) D-Glucose Particularité des ruminants: consomment de la cellulose (polymère de Beta 1>4 D Ruminants (vache): glucose), qui peut être dégradée p/ la ore de la panse Dégradée par la flore de la panse ⇒ Formation d’acides gras à courte chaîne (acetate, propionate, butyrate) absorbés dans la panse ⇒ source énergétique majeure Chez chevaux c’est dans le colon la ore Chevaux bactérienne qui peut dégrader la cellulose et le produit du métabo conduit à La est dégradée par la flore colique (colon développé) formation d’AG à courte chaine = Short Chain Fatty acids (SCFA). Un AG a une ⇒ Formation d’acides gras à courte chaîne (acetate, Fonction COOH: -Acetate (2C) propionate, butyrate) -Propionate (3C) -Butinate (4C) Ce sont donc les composés produits par la ore àpd composés complexes de cellulose formant des C2, C3, C4. Ce sont des composés pouvant être oxydés et fournir de l’énergie 23 3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Ds l’alimentation ce sont surtout des triacylglycerol (=autre nom des TRIGLYCERIDES) qu’on va consommer Ici ex de TG hétérogène car un AG Lipides di à chaque fois (triacylglycérol) (FA fatty acids = acides gras) Lipides > NON solubles ds eau. Pr les dégrader en conditions aqueuses on utilise des BS (sels biliaires) > des lipases pancréatiques permettent de dégrader les TG (triacylglycerols). Ds le TD on absorbe alors du 2- monoacylglycerol (càd 1 seul AG porté par le glycerol sur C2). Squelette du glycerol a 3 fonctions hydroxyl. Sous e et de la lipase on libère du glycerol + 1 AG. On peut avoir des AG saturés (palmitate avec 16 atomes C), oléate avec une insaturation ou stearate avec 18 atomes de C (saturé) Au niveau des enterocytes (en bleu), le 2 mono-acyl glycerol ou des AG libres qui rentrent ds enterocyte > vont reformer des TG ds ces cels et ces TG intégrés ds les structures (lipoprotéines) qui sont des chilomicrons qui vont circuler via vaiss lymphatiques pour rejoindre ensuite la circu sanguine Acides gras essentiels polyinsaturés (C=C) Huiles plantes/huiles poisson omega-3/omega-6 24  3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») (liaison peptidique) Protéines Les protéines contiennent des C, O, H, et 16 % d’azote (N) en poids Leur oxydation génère du CO2 H2O et NH4+ (à éliminer) Nombre d’acides aminés entrant dans la composition des protéines? Propriétés de chacun ( liées à leur chaîne latérale R)? Aliphatiques non polaires Les protéines vs sucres et lipides ont de l’AZOTE. Ds Branchés liaison la peptidique, le C=O - NH vient de formation de liaison peptidique entre fonction carboxylique et amino Polaires non chargés d’un autre aa. Digestion démarre ds estomac avec les sucs pancréatiques Chargés (acides/basiques) (trypsine, chimotrypsine) et au nal on va obtenir des aa absorbés au niv des enterocytes. Ces aa ensuite seront Soufrés dégradés Aromatiques ATTN excès d’azote ds organisme est toxique > important de pouvoir l’éliminer p/ voie de l’urée. 25  20 aa rentrent ds la compo des protéines 3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Non polaires = aliphatiques Les branchés = aa essentiels > nos Protéines cel peuvent pas les synthétiser > apporter via alimentation AUTRES essentiels: lysine, histidine, methionine (important ds métabolisme azoté avec Les acides aminés essentiels doivent être fournis par l’alimentation groupement methyl qui sera transféré). Thréonine aussi essentiel car nos cellules ne peuvent les synthétiser avec groupement OH. Tryptophane avec noyau indol et phenylalanine Il y a 2 aa qui sont synthésés àpd d’un aa essentiel : la cysteine (avec groupe SH) dépend de présence de methionine La tyrosine est synhtétisée àpd de phenylalanine (il faut juste l‘hydroxyler) > ce sont des aa essentiels CONDITIONNELS Acides aminés essentiels « conditionnels »  générés à partir des AA essentiels 26 3. Devenir des composés alimentaires (« fuel ») Protéines Pr le chat on a la taurine qui est un aa particulier avec groupement SO3- = aa essentiel > on leur fournit ds les croquettes Poulet > glycine est un aa essentiel du poulet Ds les phases de croissance on a aussi des aa qui deviennent plus importants que d’autres 27 4. Pouvoir énergétique des nutriments 4 kcal/g 9 kcal/g 4 kcal/g 7 kcal/g https://www.health.belgium.be/fr/sante/prenez- soin-de-vous/alcool-et-tabac/alcool 1 kilocalorie (kcal) = 4,18 kiloJoules (kJ) Correspond à la quantité d’énergie requise pour élever de 1°C la température de 1 L d’eau Combien on tire d’E de l’oxydation d’un composé ?. L’E est exprimée en kcal ou kJ 1 kcal = quantité énergie pour augmenter d’1 °C 1L d’eau Le pouvoir énergétique pas la même en fonction des aliments Les AG / lipides plus énergétiques: en moy 1 g d’AG fournit 9kcal. Les aa et glucose ont niveau similaire > si excès de prot les atomes de C retournent ds le métabolisme au nal (seront réutilisés pour former du glucose????) Alcool = ethanol (2atomes de C) > cet alcool libère énergie donc tout excès d’alcool peut mener à stéathose hépatique Wiki: La stéatose est dé nie comme l'accumulation de matériel lipidique au sein du cytoplasme des hépatocytes2. Ces lipides correspondent principalement à des triglycérides. Il existe deux types de stéatose hépatique aux étiologies bien di érentes : la stéatose macro-vésiculaire et la stéatose micro-vésiculaire. La stéatose macro- vésiculaire est la plus fréquente majoritairement associée à la consommation excessive d'alcool) 28 4. Pouvoir énergétique des nutriments La capacité d’une molécule à être oxydée dépend de son état de réduction initial, déterminé par la structure-nature des groupements fonctionnels POUR RAPPEL:  Oxydation Perte d’e- résultant de la perte de H ou gain d’O  Réduction Gain d’e- résultant de gain de H ou perte d’O La capa d’une moléc à être oxydée > oxydation = perte d’e- venant de la perte d’un atome H ou du gain d’O Réduction = processus inverse avec gain de H ou perte d’O Pour les AG ce sont des chaines d’atomes de C longues avec des H et potentiellement bcp d’e- pouvant être extraits de ces atomes de C Les suces = composés avec des hydroxyl dont plus oxydés déjà donc on en tire moins d’E que des AG 29 5. Groupements fonctionnels des molécules biochimiques Les molécules biochimiques sont définies par: Spontanéité dépend de réactivité +- importante suivant les composés et leurs fonctions - leur squelette carboné Ds ts process d’oxydation du métabolisme on passe par - les groupes fonctionnels qui les composent oxydation graduelle. Groupements oxydés/réduits: Groupements porteurs de charge: Selon le nombre d’e- autour du carbone  Anions (-ate) charge négative 1 Groupements C=C sont plus oxydés que C-C  Composés azotés (en général basiques) charge positive à pH physiologique De plus en plus oxydés ici Acide carboxy = le + oxydé On a aussi des atomes de C avec liaisons insaturées > ils seront alors plus oxydés que s’ils portent un C-H (car leur D.O est plus élevé dans ce cas car ils captent pas les e- de la liaison C-H) Dopamine = amine primaire synthétisée àpd d’aa Choline avec un atome d’N entouré de 4 atomes de C (càd une amine quaternaire) > choline entre ds la compo des phospholipides notamment. Pr rappel phospholipide = 1 glycerol + 2AG + 1 phosphate avec un groupement X qui pt être choline Réaction spontanée dépend de l’environnement des atomes de C Si liaisons CC ou CH > le nuage d’e- se répartit de manière équitable > peu réactifs. 30 5. Groupements fonctionnels des molécules biochimiques Ici = réactions d’ADDITION/ ELIMINATION (de H2O) Polarité des liaisons Atomes C avec O, N ou S on a une charge partielle, répartition des Liaisons C-C et C-H: électrons inégale (dépend de électronégativité). L’atome de C partage équitable des e- entre les atomes présente une dé cience partielle d’e- > on a des composés avec => liaisons non polaires/ relativement non réactives ces structures capa de réagir avec autres composés en fonction de leurs fonctions. Un acide peut réagir avec un Liaisons C-O, C-N et C-S: partage inéquitable des e- tel alcool pour former un ester. C’est spontané en raison de l’inégalité entre les atomes (charge δ partielle) ds la répartition des e- => liaisons polaires et réactives Nuage d’e- plus dense amidation autour de l’atome avec la plus forte électronégativité S, N et O ont une électronégativité plus forte donc tirent les e- vers eux Iain au Ces propriétés dictent le cours des réactions biochimiques Le carbone de l’acide carboxylique (δ+) attire les atomes δ- Acide carboxylique  ester, thioester, amide 31  Vitamines = composés à fournir par l’alimentation en faible quantité, indispensables au métabo 6. Autres composés d’origine alimentaire VitA pour la vision VitD produite àpd cholesterol Mais on parlera plutot des vit hydrosolubles (ex la B) car ce VITAMINES (vita=vie) sont des assistants de catalyse enzymatique: ces vit permettent de synthétiser des co-enzymes Molécules organiques de petite taille requises en faible quantité (µg-mg/jour) Hydro-solubles Lipo-solubles (A, D, E, K) Vitamines Lipo-solubles (A, D, E, K) et leur rôle Dînant Tableau tiré de Biochimie de Harper 32  Biotine capa de transporter des groupements à un atome de C ds process de carboxylation. 6. Autres composés d’origine alimentaire Acide lipoïque important ds le cycle de Krebs Co-enzymes des rédox: NAD+ (< vit B3 ou niacine) et le FAD (< vitB2 ou ribo avine) permettent de transporter les élec. Ces co-enzymes soit transportent des élec ou transfèrent Vitamines Hydro-solubles (B,C …) et leurs rôles des groupements La plupart sont utilisées pour synthétiser des coenzymes (assistants de la catalyse biochimique) Niacine (B3) => coenzyme NAD(P)+ Riboflavine (B2) => coenzyme FAD 33 Tableau tiré de Biochimie de Harper 6. Autres composés d’origine alimentaire MICROBIOTE = flore intestinale La communauté bactérienne hébergée dans l’intestin présente un répertoire métabolique distinct qui complémente celui humain. Il existe une relation entre diète/microbiote/santé Ds intestin on a autant de bactéries que de cel ds l’organisme. Bcp de microorganismes et ces bactéries apportent (en symbiose) / permettent de dégrader certaines bres alimentaires car on a pas les enzymes > ils vont produire alors des AG à courte chaine (acetate, propionate, butinate = AG) être aborbés par les enterocytes, comme source d’énergie.  Environ 160 espèces bactériennes chez chaque individu (> 1000 espèces identifiées mais pas toutes cultivées/cultivables)  1014 bactéries/intestine  le nombre égal/supérieur à celui des cellules humaines  Dégradation des polysaccharides (> acides gras à courte chaîne SCFA)  Dégradation des polyphénols  Synthèse de vitamines (vit. B)  Modification des sels biliaires (Cours 12) Un déséquilibre < alimentation riche en sucres a impact s/ ore microbienne Ï Si on consomme des bres, on conserve homéostasie s/ la ore/ microbiote Certains élts nécessaires pour la synthèse de vitamine 34  Sels minéraux qui contribuent au 6. Autres composés d’origine alimentaire métabolisme notamment le Mg2+ qui intervient ds l’ATP (permet d’augmenter la réactivité) MINERAUX  Electrolytes majeurs de l’organisme (Na+ K+ Cl-)  Composants des os et autres fonctions (Ca P)  Activation d’enzymes (Mg2+)  Etc… 35  Métabolite = petite moléc présente ds les cel, de moins de 500 Dalton. Glucose = 180 Dalton 7. Le métabolisme en perspective… Ce sont des petits composés produits à usage de la cel Métébolome = spéci que d’un TYPE cellulaire. C’est ensemble des métabolites présent ds la cel et caractéristiques de la cel On a particularités. Ex des cel végétales capa de synthétiser des molécules spéci ques. On va retrouver qd même souvent les mêmes. On va étuder que les COMPLEXE principales réactions et on revient aux interméd du cycle de Krebs Il existe plus d’un milliers de réactions chimiques formant un réseau interconnecté intégré Métabolites= molécules (100-500 Da) Métabolome= ensemble des métabolites d’une cellule ATP est le point central pour produire/ synthétiser des moléc complexes On a une constante: une 100aine de moléc qu’on retrouve ds tous les cas Il existe 6 types de réactions biochimiques di érentes. Les méca de régulation pour le contrôle des voies métabo sont convergents. MAIS Il existe des motifs communs dans les voies métaboliques: 1. Monnaie énergétique (ATP) 2. Intermédiaires activés (~100 molécules) dont les transporteurs d’électrons 3. Type de réactions biochimiques (6) 4. Mécanismes de régulation des voies métaboliques 36  7. Le métabolisme en perspective… 1. Monnaie énergétique: Adenosine Tri Phosphate (ATP) Les liaisons phosphoanhydride P-O-P sont « à haut 5 potentiel énergétique » car instables (présence de groupements phosphate avec 4 charges négatives) s Mg2+ Le groupement phosphoryl γ libéré après hydrolyse Mn2+ est transféré à un intermédiaire métabolique. Adénine avec un ribose, et associé au C5 au niveau de l’OH on a 3 phosphates. Pq c’est la source d’E majeure? On a une concentration de charges négatives avec ces 3 phopshates qui fait que la moléc est très instable > son hydrolyse est spontanée ds la cel. Le Mg2+ et Mn2+ sont présents et vont permettent de stabiliser la structure. L’ATP va permettre d’augmenter le niveau énergétique de certains composés qui vont pouvoir être oxydés. On va avoir besoin de l’hydrolyse spontanée de cet ATP et ce phosphate qui va être transféré à un autre composé. Par ex sur le Glucose pour former le G6P qui est 1e étape de glycolyse. 37  7. Le métabolisme en perspective… 2. Intermédiaires activés: Nicotinamide Adenine Dinucleotide (Phosphate) (pyridine nucleotide) Un ion hydrure = 2 e- et un atome H Exemple ici avec la malate déshydrogenase du cycle de Krebs qui oxyde le malate (composé de 4 atomes de C), on oxyde un atome de C avec fonction OH > ca va libérer 2 e-, en NAD+: accepte 2 e- (ion hydrure :H-) => NADH + H+ libéré donnant une fonction cétone. Le NAD+ prend en charge le produit d’oxydation Réactions impliquant l’oxydation d’alcool et d’aldéhydes associé càd l’ion H-. Cet ion hydrure est capté par NAD+ et forme du NADH I Exemple: g Ï Malate dehydrogenase Cycle de Krebs (Cours 3) NADP+: accepte 2 e- (ion hydrure :H-) => NADPH + H+ libéré NAD+ on a un OH au niveau de R porté par le ribose NADP+ on a un phsophate au niveau du groupement R Réactions dans les voies de biosynthèse principalement (acides gras-Cours 11) Pr le NAD+, il a un atome de C au niv du nicotinamide, qui est déplété avec une charge delta+ et peut capter des Voie des Pentoses-Phosphate (Cours 6) /Réactions de détoxifications électrons sous forme d’ions hydrure H- (càd H+ et 2e-). La NADP+ accepte aussi ion hydrure, et fournit des e- ds les voies de formation des AG complexes. Rôle aussi ds la voie des pentoses phosphate qui mène à captation de l’hydrure permet de stabiliser la structure et la formation de NADPH càd la forme réduite de NADP+ peut ensuite retransférer ces élec à qui de droit. Donc ici on a un même atome de C qui est oxydé 38  7. Le métabolisme en perspective… 2. Intermédiaires activés: Flavine Adenine Dinucleotide selliapté te OHÉ FAD: accepte 2 e- (2 H provenant de 2 atomes différents) => FAD(2H) ou FADH2 Réactions impliquant formation de liaisons C=C Pr le FAD c’est di érent, on a 2 azotes réactifs, qui individuellement prennent en ch un atome d’H chacun. Ces atomes d’N vont chacun capter un atome H et donc 2 e- placés sur 2N di érents. On retrouve le FAD ds cycle de Krebs aussi avec la succinate dehydrogenase. Le FAD est impliqué ds des réactions d’oxydation souvent menant à formation d’une liaison double. On a 2 atomes de C avec chacun 2 atomes H qui vont être transférés et donner FADH2. Exemple: Succinate dehydrogenase Cycle de Krebs (Cours 3/4) 39  Tjs même type de réactions. Il en existe 6: 1/ Oxydoreductase: transfert d’e- 7. Le métabolisme en perspective… 2/ Transferases: transfert d’un groupement fonctionnel (ex: un groupement phosphate avec les kinases) 3/ Hydrolase: utilise H2O pour former 2 composés = hydrolyse lors de la digestion typiquement (clive liaison par addition eau - trypsine/ chimotrypsine). ATTN irréversible 3. Type de réactions biochimiques 4/ Synthase: 2 composés se condensent pour former un AB > on a une E interne ds un des composés pour permettre condensation sans apport d’E suppl 5/ SyntheTases / ligases: on a ici besoin d’un apport d’E type ATP. Synthétase avec un « T » donc besoin ATP 6/ Isomerase: déplace les groupements au sein d’une moléc Transfert d’électrons Transfert d’un groupe fonctionnel Clivage de liaisons par addition d’eau Elimination/addition de groupes Formation/clivage de liaisons doubles Réarrangements d’atomes pour former des isomères Formation de liaisons covalentes en présence de XTP O 40  Ici intervention du FAD ds di types de réactions métabo 3 voies métabo ici (cycle de Krebs + dégradation d’un AG + dégradation d’un aa) 7. Le métabolisme en perspective… 1/ un processus d’oxydation avec formation du FADH2 et une double liaison C=C 2/ On hydrate ensuite les liaisons dont introduit une fonction OH > + oxydé car introduit un atome O 3/ L’OH devient une cetone avec nouvelle oxydation > introduit le NAD+ ici permet alors l’hydroxyl transformé en cetone car NAD+ capte sous forme d’ion H- et forme NADH. On a dc oxydé progressivement MAIS Le FAD et NAD+ donc pas associés au meme type de réactions 3. Type de réactions biochimiques Mécanisme d’oxydation conservé 1. Formation d’1 C=C (FAD->FAD(2H) EST CE QU’ON CONSIDERE QUE FORMER UNE DOUBLE LIAISON C=C est une forme d’OXYDATION? OUI car on a enlevé un H et remplacé par une liaison C-C de même électronégativité o o o 5 2. Hydratation avec formation d’un alcool 0 0 0 3. Formation d’1 C=0 (NAD+->NADH + H+) 41 7. Le métabolisme en perspective… 4. Mécanismes de régulation des voies métaboliques But: assurer un contrôle du métabolisme rigoureux ET flexible (suivant conditions cellulaires extérieures) Le contrôle du métabolisme a lieu à plusieurs niveaux Di érents types de voie de régulation. 1/ réguler la Q d’enzyme, si on en produit moins on forme moins de produit nal. Soit on agit sur transcription/ traduction ou dégradation de l’enz  1. Modulation de la quantité d’enzyme La quantité d’enzyme dépend du rapport entre les: 2/ Moduler activité de l’enzyme avec par ex contrôle allostérique pour inhiber ou réguler l’activité de l’enz. On peut aussi faire des phosphorylations (par ex * taux de synthèse (transcription/traduction) la glycogène synthase régulée par phosphorylation / la glycogene synthase est inhibée par la phosphorylation). Ces phosphorylations svt régulée par * taux de dégradation controle hormonal 3/ Réguler/ compoartimentaliser l’endroit où a lieu la réaction. ATTN exam: où se déroule la glycolyse, vs dégradation des AG. Par ex ds les cel hépatiques  2. Modulation de l’activité catalytique de l’enzyme on peut à la fois dégrader les AG et les synthétiser. Une cel hépat va pas faire les 2 en // > elle compoartimentalise et régule ensuite * Contrôle allostérique réversible (voies de biosynthèse) : => le produit final inhibe la 1ere réaction de la voie métabolique * Modification covalente réversible par phosphorylation  activation/inhibition de l’activité * Contrôle hormonal assurant la régulation coordonnée  3. Accessibilité des substrats dans la cellule * Transfert entre cytosol et organites (mitochondries) * Compartimentalisation entre voies cataboliques et anaboliques (acides gras) * Etat énergétique cellulaire 42 8. Equilibre alimentaire & besoins énergétiques APPORT CONSOMMATION APPORT ENERGETIQUE RECOMMANDE ENERGETIQUE ENERGETIQUE Eapport alimentaire - Econsommée = Estockée Notion de métabolisme > essayer d’être en équilibre sur la balance. Il faut donc une coordination entre l’apport calorique et la conso d’énergie. Besoin énergétique pas le même entre H et F. En moy chez F: 2200 kcal, vs 3000 chez H. Pour rester en équilibre, besoin de consommer de manière régulière équilibrée. Repas idéal: 50% de carbohydrates, prot 15-20% et lipides 30% Si on est en déséquilibre, un apport alimentaire excessif > la balance va vers le stockage d’excédent énergétique = les graisses. 43 8. Equilibre alimentaire & besoins énergétiques Logo sur emballages établissant IMC Indice de Masse Corporelle (poids kg/taille m2) la qualité nutritionnelle d’un aliment Estimation de la corpulence d’une personne Statut nutritionnel entre 18-65 ans (video) Belgique (2014): 26,3 kg/m2 Pour estimer un équilibre énergétique > nutriscore. IMC > en vert entre 18,5 et 24,9. En Bel en moy chez les adultes, on était en surpoids (26,3 kg) en 2014 déjà. Grosse tendance de surconso de graisses et lipides 44  EXERCICES COURS 1 3. Type de réactions biochimiques 1. Oxydation/réduction 5 Hydrolyse peptidase A Citrate > isocitrate = isomérisation. Ce sont les 2 composés appelés les acides 3 carboxyliques ds le cycle de Krebs. 2. Ligation synthetase liaisonÊ isomériseti 3. Isomérisation clivée D 4. Transfert de groupe libère a peptidesy 5. Hydrolyse aligation B 6. Addition/Enlèvement de groupes fonctionnels pyruvate = composé à 3 atomes de C au centre E du métabo > converti en oxaloaacetate (4C). Ici on condense et on a besoin d’ATP > A quel type de réaction correspondent synthetase. Cette réac = point initial pour la néoglucogénèse = processus de carboxylation ces réactions biochimiques? C Réaction C: fructose bi phosphate > clivé en 2 composés. C’est une réaction du 4 transfertgroupePoz processus de la glycolyse. Ici une molécule AB clivée en A et B. C’est une aldolase: Ihexobinage Ici hexokinase avec le glucose qui acquiert un degré d’activation passe de 6 atomes de C en 3 atomes de C = addition/ enlèvement de groupes fonctionnels. avec un transfert de phosphate, on forme du G6P 45  EXERCICES COURS 1 Question 1 Quel est le devenir principal des composés suivants (sucres, protéines, lipides) après absorption intestinale? A. Ils sont stockés sous la forme de triacylglycérides B. Ils sont oxydés pour produire de l’ATP 0C. Ils libèrent principalement de l’énergie sous la forme de chaleur D. Ils s’associent au CO2 et H2O et seront stockés E. Ils s’associent avec d’autres composés alimentaires dans les voies anaboliques Objectif principal de digestion = apporter énergie et on la distribue dans l’organisme pour produire de l’ATP > on va oxyder les composés Cf le schéma général du processus d’oxydation des composés.  EXERCICES COURS 1 Question 2 Un patient est admis à l’hôpital en urgence dans le coma. Les analyses révèlent un taux sanguin élevé du composé suivant : u s r CH2OH-CH2-CH2-COO r - r x et des groupes fonctionnels présent, quelle est l’identité de ce composé? Sur la baser de la structure A. Méthanol (alcool à bois) Hsc on B. Ethanol (alcool) Hye chon C. Ethylène glycol (antigel) hammadide ouaimon D. β-hydroxybutyrate (corps cétonique) 0 Ε. γ-hydroxybutyrate (drogue du viol) Seuls D et E ont 4C. Le C carboxy est n°1 Pour le beta hydroxybutyrate > rôle important, élevé ds des phases aigues de diabète.  EXERCICES COURS 1 Question 3 Un patient est diagnostiqué avec une déficience en enzyme lysosomiale α-glycosidase. Le nom de l’enzyme suggère qu’elle hydrolyse une liaison glycosidique qui est mieux connue comme une liaison formée de la façon suivante: A. A travers de multiples liaisons hydrogène entre 2 molécules de sucre O B. Entre le carbone anomérique d’un sucre et le OH ou N d’une autre molécule C. Entre deux carbones anomériques dans les polysaccharides D. Formation d’une liaison interne entre le carbone anomérique d’un monosaccharide et son propre OH du 5eme carbone E. Entre le carbone contenant le groupement aldol ou le céto- et le carbone α du sucre Carbone anomérique est le C1 Ici à droite c’est une liaison N glycosidique c’est l’ATP  EXERCICES COURS 1 Question 4 thson L’une des sources principales d’acide non volatile dans l’organisme est l’acide sulfurique généré à partir des composés Ingérés contenant du sulfure ou bien provenant du métabolisme des acides aminés sulfurés. Lesquels de ces acides aminés peuvent porter à la formation d’acide sulfurique? A. Cystéine et isoleucine B. Cystéine et alanine Nzt Ê soo NA IE soo yC.D. Cystéine in Ia et méthionine Méthionine et isoleucine E. Isoleucine et alanine SH LH yn CH Cystéine produite àpd de methionine devient un aa essentiel Mett conditionnel car dép de l’apport ext de methionine  EXERCICES COURS 1 Question 5 La phosphorylation des protéines est importante pour les processus de transduction du signal. Les protéines kinases phosphorylent les protéines seulement sur certains groupes OH présents dans les chaînes latérales de certains acides aminés. Lesquels de ces acides aminés contiennent de tels groupements dans la chaîne latérales et sont des substrats potentiels de ces kinases? co glutamate A. Aspartate, on co et serine B. Serine, thréonine et tyrosine 0 poupnts oh C. Thréonine, phenylalanine et arginine imonpolaire D. Lysine, arginine et proline basique E. Alanine, asparagine et serine atout polaire  glycerol acetate butimate