Physiologie Humaine I - Chapitre 16 - Régulation du métabolisme - BIOL2133 - PDF

BIOL2133 Physiologie humaine I Chapitre 16 Régulation du métabolisme 1 Objectifs d’apprentissage - Catabolisme et anabolisme:  Définir glycogenèse, glycogénolyse et néoglucogenèse  Décrire les conditions dans lesquelles l’organisme fait appel à ch...

BIOL2133 Physiologie humaine I Chapitre 16 Régulation du métabolisme 1 Objectifs d’apprentissage - Catabolisme et anabolisme:  Définir glycogenèse, glycogénolyse et néoglucogenèse  Décrire les conditions dans lesquelles l’organisme fait appel à chacun de ces processus  Lipogenèse et la lipolyse  Corps cétoniques et formation  Transamination  Expliquer comment les acides aminés sont métabolisés  Comment est formé l’urée 2 Vue d’ensemble… État postprandial État de jeûne État absorptif État post-absorptif GAIN NET DE L’ORGANISME DISTRIBUTION PERTE NETTE DE DANS L’ORGANISME L’ORGANISME Aliments Tractus GI Stockage Métabolisme Air Poumons Réserves Élimination de l’organisme Synthèse dans l’organisme via les poumons, le tractus Incorporation GI, les reins, la peau et les réversible dans règles d’autres molécules Métabolisme: Ensemble des réactions chimiques survenant dans un organisme vivant. 3 Voies reliant la libération d’énergie par le catabolisme des molécules de nutriments à la formation de l'ATP  L'ATP stocke l'énergie transférée par la dégradation des glucides, des lipides et des protéines.  Les cellules utilisent trois voies métaboliques distinctes mais reliées pour transférer l'énergie libérée par la dégradation des molécules à l'ATP  Glycolyse  Cycle de Krebs  Phosphorylation oxydative 4  Rendement énergétique suite à la dégradation d’une molécule de glucose  Glycolyse:  2 ATP  2 NADH + H+  Cycle de Krebs:  2 ATP  8 NADH + H+  2 FADH2  Phosphorylation oxydative:  30 ATP à partir des électrons des 10 NADH + H+  4 ATP à partir des électrons des 2 FADH2  Total: maximum de 38 ATP par molécule de glucose 5  Figure 24.13 Glycogenèse et glycogénolyse. Extérieur de Glucose sanguin la cellule Lorsque l’apport de glucose excède les Glucose-6- Hexokinase phosphatase (toutes les besoins cellulaires pour la synthèse (présente dans cellules) d’ATP, la glycogenèse commence les cellules (conversion du glucose en glycogène hépatiques, rénales et suivi de son stockage). intestinales) Glucose-6-phosphate La glycogénolyse, soit la libération du glucose par dégradation du glycogène, Glycogénolyse Glycogenèse est stimulée par la diminution de la Mutase Mutase concentration de glucose dans le sang. Glucose-1-phosphate Pyrophosphorylase Glycogène phosphorylase Uridine diphosphate glucose Intérieur de la cellule Glycogène synthase Glycogène 6  Figure 24.14 Première phase de l’oxydation des lipides. Lipides Lipase Le glycérol est converti en un intermédiaire de la glycolyse et suit le reste de la voie glycolytique en passant Glycérol Acides gras par l’acide pyruvique et l’acétyl CoA. Les acides gras subissent la β- Coenzyme A oxydation, au cours de laquelle ils sont Glycéraldéhyde d’abord activés par une réaction couplée phosphate avec l’ATP et combinés à la coenzyme A, (intermédiaire de la glycolyse) puis ils subissent une double oxydation (réduction d’un NAD+ et d’une FAD). Glycolyse -oxydation L’acétyl CoA formé à l’issue de la β- dans la oxydation est détaché et le processus se mitochondrie répète. Acide pyruvique L’enzyme de clivage détache des fragments à deux C. Acétyl CoA Cycle de Krebs 7  Figure 24.16 Processus de transamination, de désamination oxydative et de modification des acides cétoniques conduisant à la production d’énergie par les acides aminés. Transamination 1 Pendant la Acide aminé + acide cétonique Acide cétonique + acide aminé transamination, un (acide (acide glutamique) groupement amine est -cétoglutarique) Foie Désamination transféré d’un acide oxydative aminé à un acide Modification des NH3 (ammoniac) cétonique. acides cétoniques 3 Pendant la modification des acides Urée 2 La désamination cétoniques, les acides oxydative est le mécanisme cétoniques produits au Acide cétonique par lequel le groupement cours de la modifié amine de l’acide glutamique transamination sont est libéré sous forme modifiés pour qu’ils d’ammoniac, puis combiné au puissent accéder Sang gaz carbonique pour former facilement aux voies du l’urée. cycle de Krebs. Entrée dans le cycle de Krebs dans les cellules de l’organisme Urée Cycle de Rein Krebs 8 Excrétion dans l’urine  Tableau 24.4 Résumé des réactions métaboliques À savoir !! Phosphorylation oxydative 9  Tableau 24.5 Métabolisme des molécules énergétiques dans les principaux organes 10  Figure 24.18 Voies d’interconversion des glucides, des lipides et des protéines. Le foie, le tissu adipeux et les muscles squelettiques sont les principaux effecteurs qui déterminent dans quel sens et dans quelles proportions les conversions s’effectuent. Protéines Glucides Lipides Triglycérides (graisses neutres) Protéines Glycogène Glucose Acides aminés Glucose-6-phosphate Glycérol et acides gras Glycéraldéhyde 3-phosphate Acides cétoniques Acide pyruvique Acide lactique Acétyl CoA Urée Corps cétoniques Cycle Excrétion de dans l’urine Krebs Importance des flèches!! 11 Objectifs d’apprentissage - Métabolisme des hydrates de carbone, protéines et lipides  États absorptif et post-absorptif  Voies métaboliques reliées à chacun des états.  Pour l'état absorptif,  Importance de la mise en réserve des nutriments absorbés:  Synthèse des protéines, glycogène, triglycérides  Transport des triglycérides du système digestif au tissu adipeux et du foie au tissu adipeux  Importance de l'état post-absorptif  Principales voies métaboliques impliquées  Importance de maintenir la glycémie lors de l'état post-absorptif  Rôle du foie dans la synthèse de corps cétoniques lors de l'état post- absorptif  Quel est l'utilité des corps cétoniques pour l'organisme? 12 Caractéristiques des états absorptifs et post-absorptifs  Période absorptive: (postprandiale)  Période pendant laquelle les nutriments ingérés gagnent le sang à partir du tractus gastro-intestinal  Période post-absorptive: (jeûne)  Période pendant laquelle le tractus gastro-intestinal est vide de nutriments et où l’énergie doit provenir des réserves corporelles 13 Voies métaboliques de l’état absorptif  L’état absorptif survient après un repas (jusqu’à 4 hrs)  Les nutriments absorbés sont distribués pour l’utilisation et le stockage.  Pour les acides aminés:  En plus d’être utilisés pour la synthèse de protéines, plusieurs sont désaminés et utilisés comme substrat pour l’entreposage d’énergie.  Sous formes de triglycérides ou de glycogène 14  Figure 24.19 Événements importants et principales voies métaboliques de l’état absorptif (postprandial). Principale orientation des processus Principal combustible: Métabolisme hépatique: acides aminés métaboliques: anabolisme et mise en réserve glucose (alimentaire) désaminés et servent à la production d’énergie d’énergie ou sont emmagasinés sous forme de lipides Glycérol et Glucose Acides aminés Glucose Acides aminés acides gras Acides cétoniques Protéines Glycogène Triglycérides Triglycérides (a) Événements importants de l’état absorptif (postprandial) 15 Voies métaboliques de l’état post-absorptif  L’état post-absorptif débute après environ 4 hrs de jeûne.  Les nutriments stockés sont mobilisés pour l’utilisation.  Assure l’apport en glucose au cœur et au cerveau  Objectif 1:  Maintenir la concentration plasmatique de glucose  Objectif 2:  Épargner le glucose stocké dans l’organisme en privilégiant l’utilisation des lipides 16  Figure 24.21 Événements importants et principales voies métaboliques de l’état de jeûne (post-absorptif). Principaux combustibles : glucose Principale orientation des processus Métabolisme hépatique: conversion des provenant de la glycogénolyse et de la métaboliques: catabolisme et remplacement néoglucogenèse, acides gras et corps acides aminés en glucose des combustibles dans le sang cétoniques Acides gras et Acides aminés Protéines Glycogène Triglycérides Glucose corps cétoniques Acides cétoniques Acides Glycérol et Glucose aminés Glucose acides gras (a) Événements importants de l’état de jeûne 17 Objectif 1. Maintien de la glycémie lors de l’état post-absorptif Sources de glucose sanguin durant l’état post-absorptif: A. Glycogénolyse: Hydrolyse des réserves de glycogène hépatique puis musculaire B. Lipolyse: Catabolisme des triglycérides pour former du glycérol et des acides gras ▪ Le glycérol est transporté au foie où il peut être converti en glucose C. Catabolisme des protéines corporelles (après quelques heures de phase post- absorptive). On désigne ces 3 actions par le terme néoglucogénèse qui signifie "nouvelle formation de glucose". 18 Objectif 1. État post-absorptif A. Glycogénolyse B. Lipolyse  Glycogénolyse hépatique:  Lipolyse:  Commence dans les secondes qui suivent  Les triglycérides stockés dans le tissu un stimulus approprié (SNS, glucagon). adipeux sont catabolisés en glycérol et en acides gras.  Le glycérol est transporté au foie où il peut  Glycogénolyse musculaire: être converti en glucose.  Dans le muscle on ne trouve pas l’enzyme nécessaire à la formation de glucose à partir du glucose-6-phosphate formé par la glycogénolyse.  Les produits de la glycolyse (lactate et pyruvate) sont donc transportés au foie. 19 Objectif 1. État post-absorptif C. Catabolisme des protéines  Les protéines corporelles (surtout musculaires) deviennent la principale source de glucose sanguin après quelques heures dans la période post- absorptive.  Certains acides aminés (surtout l’alanine) peuvent être convertis par transamination en pyruvate qui, dans le foie, est converti en glucose 20 Voies métaboliques de l’état post-absorptif  L’état post-absorptif débute après environ 4 hrs de jeûne.  Les nutriments stockés sont mobilisés pour l’utilisation.  Assure l’apport en glucose au cœur et au cerveau  Objectif 1:  Maintenir la concentration plasmatique de glucose  Objectif 2:  Épargner le glucose de l’organisme en privilégiant l’utilisation des lipides 21 Objectif 2. Épargne de glucose lors de l’état post-absorptif  La néoglucogénèse ne suffit pas à couvrir les besoins énergétiques lors de la période post-absorptive  On observe alors une diminution nette du catabolisme du glucose au profit du catabolisme des lipides  Les acides gras libérés en circulation lors de la lipolyse pénètrent dans les tissus (sauf le SN) et y sont catabolisés  Les acides gras subissent la beta-oxydation et les acétyl-CoA obtenus sont métabolisés au niveau du cycle de Krebs  Au foie, le catabolisme des lipides permet de former des corps cétoniques qui peuvent être catabolisés par les tissus et le SN 22 État post-absorptif Résumé du métabolisme des nutriments au cours de la période absorptive  L’énergie est apportée essentiellement par les glucides absorbés dans un repas  On note une captation nette de glucose par le foie  Certains glucides sont stockés sous forme de glycogène dans le foie et les muscles  Mais la plupart, ainsi que les graisses en excès, sont stockés sous forme de graisses dans le tissu adipeux  Les acides aminés sont utilisés pour la synthèse des protéines  Mais certains sont utilisés pour produire de l’énergie ou sont convertis en graisses 23 Résumé du métabolisme des nutriments au cours de la période post-absorptive  La synthèse de glycogène, de graisses et de protéines est interrompue pour faire place à un catabolisme net.  Le glucose est formé dans le foie  À partir du glycogène stocké  Par néoglucogenèse à partir de lactate, de pyruvate, de glycérol et d’acides aminés apportés par le sang  Il existe aussi une néoglucogenèse rénale lors des jeûnes prolongés  Le glucose synthétisé dans le foie est libéré dans le sang  Son utilisation pour produire de l’énergie est très diminuée dans les muscles et les autres tissus non nerveux  La lipolyse libère des acides gras dans le sang à partir des tissus adipeux  L’oxydation de ces acides gras et de corps cétoniques assure la plus grande part des apports énergétiques de l’organisme  Le cerveau continue à consommer du glucose  Commence aussi à utiliser des corps cétoniques quand ils s’accumulent dans le sang 24 Objectifs d’apprentissage - Contrôle hormonal des états absorptif et post-absorptif  Rôles de l'insuline lors des états absorptif et post-absorptif  Action de l'insuline au niveau des cellules cibles  Rôle du glucose sanguin dans le contrôle des sécrétions d'insuline 25 Résumé des réponses globales des cellules cibles à une  ou  d’insuline plasmatique  Insuline plasmatique Stimulé par glucose sanguin et GIP Stade absorptif Muscle Adipocytes Foie Captation et utilisation de glucose Captation et utilisation de glucose Captation de glucose Synthèse nette de glycogène Synthèse nette de triglycérides Synthèse nette de glycogène Captation nette d’acides aminés Synthèse nette de triglycérides Synthèse nette de protéines Pas de synthèse de corps cétoniques Stade post-absorptif  Insuline plasmatique Muscle Adipocytes Foie  Captation et utilisation de glucose  Captation et utilisation de glucose  Libération de glucose par Catabolisme net de glycogène Catabolisme net de triglycérides et catabolisme net de glycogène et Catabolisme net de protéines libération de glycérol et d’acides gras néoglucogenèse Libération nette d’acides aminés  Synthèse et libération des Captation et utilisation d’acides gras corps cétoniques La présence versus l’absence d’insuline est associée 26 au stockage versus la mobilisation, respectivement.  “Repas” vs. “Jeûne” (présence d’insuline) (Absence d’insuline) État absorptif État post-absorptif Protéines Triglycérides Glycogène Protéines Triglycérides Glycogène 1. Acides -glycérol Acides Glucose Acides Glycérol Acides Glucose aminés phosphate gras aminés gras La plupart des cellules Acides gras La plupart des cellules CO 2 + H2O et CO2 + H2O 2. Glucose + énergie Corps + énergie cétoniques Foie Pyruvate, Foie 3. Glycogène Lactate, Glucose Glucose Glycérol Graisses Acides aminés 1. Synthèse 1. Catabolisme 2. Énergie provenant du glucose vs. 2. Divers sources d’énergie 3. Molécules de stockage 3. Gluconéogenèse Stimulation par l’insuline de la translocation des transporteurs de glucose  Les cellules sensibles à l’insuline du muscle et des adipocytes possèdent des récepteurs de l’insuline au niveau de leur membrane plasmique  Active la mobilisation et insertion de protéines transporteurs de glucose (GLUT-4) au niveau de la membrane plasmique  Augmente l’entrée de glucose dans la cellule par diffusion facilitée 28  Illustration des principaux événements biochimiques résultant des réponses des cellules cibles à l'insuline Les flèches vertes signalent les processus stimulés par l’insuline Les flèches rouges pointillées signalent les processus inhibés par l’insuline Les flèches noires correspondent à des processus indirectement influencés par l’insuline 29 Figure 16.7 Contrôle de la sécrétion d’insuline  Glucose plasmatique  GIP plasmatique  Une élévation de la concentration plasmatique de glucose stimule la Cellules B des îlots sécrétion d’insuline. pancréatiques  Sécrétion d’insuline  L’élévation d’insuline fait diminuer la glycémie et donc fait disparaître  Insuline plasmatique le stimulus de sécrétion.  L’hormone GIP est sécrétée par les Adipocytes et Foie muscles endocrinocytes de l’intestin grêle Interruption de la sortie en réponse aux glucose et lipides  Captation de glucose de glucose; captation nette de glucose  Glucose plasmatique 30 Contrôle de la sécrétion de glucagon  La sécrétion de glucagon par les  Glucose plasmatique cellules A des îlots pancréatiques est directement reliée à une diminution Cellules A des îlots des niveaux de glucose sanguin. pancréatiques  Sécrétion de glucagon  Glucagon:  Glucagon plasmatique  Ses effets s’opposent à ceux de l’insuline.  Sa sécrétion augmente en période post- Foie absorptive et au cours du jeûne prolongé.  Glycogénolyse  Le principal stimulus de la sécrétion du  Néoglucogenèse glucagon est donc l’hypoglycémie.  Synthèse des corps cétoniques  Glucose plasmatique  Corps cétonique plasmatiques 31 Quelques facteurs modifiant le métabolisme  Âge ( avec  de l’âge)  Sexe (plus faible chez la femme que chez l’homme)  L’augmentation de l’un des facteurs suivants  le métabolisme:  Taille, poids et surface corporelle  Croissance  Grossesse, menstruations, allaitement  Infection ou autre maladie  T° corporelle  Ingestion alimentaire  Modification prolongée de la quantité des apports alimentaires  Activité musculaire  Stress émotionnel  T° ambiante  Concentrations circulantes de diverses hormones:  Adrénaline, Hormones thyroïdiennes, Leptine  Sommeil ( au cours du sommeil) 32 Tableau 24.6 Résumé des effets normaux des hormones sur le métabolisme Nouvelle génération de médication contre le diabète de type II - Ozempic – Mécanismes d’action Cerveau ￬Apport alimentaire Cardiovasculaire ￬Apport en eau  Analogue de GLP-1 Estomac ￪Neuroprotection ￪Utilisation du glucose ￪Cardioprotection (Glucagon-like peptide-1): ￬Vidange gastrique ￪Neurogenèse ￪Volume d’ejection  Stimule la sécrétion ￬Sécrétion acide ￪Vasodilatation ￬Métabolisme des d’insuline acides gras Pancréas  Réduction de la glycémie ￪Synthése et secretion d’insuline  Inhibe la sécrétion de ￪Sécrétion somatostatine Reins glucagon ￪Prolifération des cellules beta ￪Production urine ￪Élimination de sodium ￬Sécrétion de glucagon  Permet également de réduire ￬Mort des cellules beta la glycémie Système  Ralentit la vidange gastrique: Intestin immunitaire  Ralentit l’absorption des ￪Croissance ￬Inflammation nutriments ￬Motilité ￬Sécrétion de Muscle squelettique  Contrôle la glycémie après les lipoprotéines ￪Apport sanguin repas ￪Captation de glucose  Augmente la satiété Foie  Réduit l’apport alimentaire ￬Stéatose Tissu adipeux Tissu adipeux brun ￬VLDL blanc ￪Thermogenèse ￬Synthèse de glucose ￪Apport sanguin ￪Lipolyse ￪Captation de glucose 34 PMID: 31359367