Catabolisme et Glycolyse PDF

Cours n°4 Après la glycolyse que devient le pyruvate ? La transformation du pyruvate en acétyl-CoA est catalysée par le complexe « pyruvate deshydrogénase » Il est composé de 3 enzymes E1, E2 et E3 Cette réaction se fait dans la mitochondrie Le complexe comprend également 5 coenzymes ou groupe...

Cours n°4 Après la glycolyse que devient le pyruvate ? La transformation du pyruvate en acétyl-CoA est catalysée par le complexe « pyruvate deshydrogénase » Il est composé de 3 enzymes E1, E2 et E3 Cette réaction se fait dans la mitochondrie Le complexe comprend également 5 coenzymes ou groupes prosthétiques 4 d’entre eux dérivent de vitamines • Pyrophosphate de thiamine (thiamine, B1) • Flavine adenine dinucléotide (riboflavine, B2) • Nicotinamide adenine dinucleotide (niacine, B3) • Coenzyme A (acide pantothénique, B5) • Acide lipoïque Le cycle de Krebs Pour 1 tour complet : 1 groupe acétyl y est entré, 2 CO2 en sont sortis (pas les memes carbones) À connaitre glycolyse Cycle de Krebs Bilan global glycolyse + TCA: 4 ATP (seulement), 10 NADH et 2 FADH2 Mais « globalement », l’oxydation complète du glucose va aussi permettre la synthèse d’ATP de manière indirecte* grâce à l’oxydation des cofacteurs d’oxydoréduction (NADH et FADH2) par l’oxygène * Nous ferons le bilan complet en ATP après le cours sur la phosphorylation oxydative Pourquoi faire « compliqué » quand on aurait pu faire simple ? Certaines réactions du TCA, sous une forme différente, ont précédé la vie en aérobiose La dégradation oxydative du pyruvate en CO2 est donc le résultat de l’évolution et utilise des voies existantes (pas forcément les plus directes mais celles qui ont conféré un avantage sélectif) Le cycle est amphibolique: Le TCA n’est pas uniquement dédié à la dégradation du pyruvate (et donc à la production d’énergie) Régulation des enzymes du cycle Régulation de l’étape formant l’acétyl-CoA Mais aussi les 3 premières étapes du cycle ATP/ADP ou NADH/NAD controlent le flux mais aussi acides gras (source importante d’énergie) ou directement acetyl-CoA (acides gras, aa) Régulation allostérique mais aussi par phosphorylation: E1de PDH inhibée par phosphorylation si ATP élevé Régulation du cycle au niveau de la disponibilité en substrats: les réactions anaplérotiques On peut fabriquer de l’oxaloacetate de plusieurs façons selon le tissu ou l’organisme dans lequel on se trouve Cela permet de subvenir à des besoins importants en énergie en faisant tourner le cycle plus rapidement. Devenir du pyruvate en conditions anaerobie En conditions anaérobies, les cofacteurs réduits ne seront pas réoxydés par l’oxygène !!!!! Le cycle de Krebs ne pourra plus se faire !!!!! Idem pour la glycolyse !!!! Nécessite de régénérer le NAD+ par une autre voie métabolique La Fermentation: glycolyse en absence d’oxygène Effet Pasteur: vitesse de dégradation du glucose et quantité totale dégradée augmente très fortement en conditions anaérobies Explication: rendement en ATP très faible en anaérobiose Exemple de microorganismes (homo)fermentatifs Exemple le plus classique: synthèse d’ethanol chez les levures Décarboxylation et régénération NAD+ Formation d’ethanol Remarque: l’alcool deshydrogenase est aussi impliquée dans la « métabolisation » de l’alcool (toxicité du méthanol) Applications en biotechnologie • Industrie de la bière et du vin Levure • Yaourts et Fromages Lactobacillus bulgaricus et propionibacterium freudenreichii • Silos pour conservation du maïs Mélange bactérien • Fabrication acétone Clostridium acetobutyricum Chez les animaux Pas de vie sans oxygène mais……si activité musculaire intense (ou pathologie): manque d’oxygénation du muscle, pas de TCA possible seule la glycolyse peut apporter ATP (Ne peut être que temporaire) Particulièrement vrai pour animaux de grande taille Apport en O2 vers les tissus peut être rapidement limitant ! Anaerobiose dans le muscle: la lactate deshydrogénase Formation de lactate et régénération NAD+ Acidification et par conséquent activité musculaire ralentit Lactate transporté vers le foie et recyclé en glucose (phase de récupération, forte consommation d’oxygène) Dysfonctionnement pathologiques Réponse à une ischémie lors d’un infarctus du myocarde: synthèse de HIF-1 HIF-1 stimule la glycolyse (niveau transcriptionnel) Cas du développement d’une tumeur : HIF-1 se fixe et inhibe l’ATP synthase la glycolyse y est prépondérante besoins en sucres élevés (x 50 environ) mais ….. tissu mal vascularisé et donc HIF-1 fonctionnel peu endimère oxygène sousd’apport la forme d’un dimérisation à pH < 6,5 Conditions réunies si ATP uniquement Synthétisé par glycolyse (lactate) Phénomène réversible À approfondir en TD Cycle de Krebs (exercice II) Le catabolisme des acides gras • Les acides gras sont une source importante d’énergie dans de nombreux organismes et tissus. • Dans le cœur: ils fournissent 80% des besoins en ATP • Chez les animaux qui hibernent c’est la seule source d’énergie pour maintenir la température corporelle. Les acides gras sont de bons « carburants » • Quantité d’énergie récupérable très élevée 38 kJ / g d’acide gras contre 16 kJ / g de glucose • Stockage possible en grande quantité: milieu) chimiquement) - Insolubles dans l’eau (pas de solvatation, pas d’augmentation de l’osmolarité du - Pas de réactions « parasites » (relativement inertes Mais…..difficiles à exploiter • Insolubles dans l’eau donc nécessité de les solubiliser pour les métaboliser • Inertie chimique necessite donc une activation: - cela se fait par activation du C1 par le CoA. - cette étape facilite l’oxydation en C3 (position β). β Comment les acides gras sont ils oxydés dans la cellule ? 1- Ils sont activés dans le cytosol (membrane ext de la mitochondrie) sous la forme d’un thioester de CoA Acide gras activé peuvent servir à la synthèse de lipides membranaires ou peuvent être stockés sous forme de TAG Comment les acides gras sont ils oxydés dans la cellule ? 2-Ils sont transportés dans la mitochondrie Grâce à la navette « carnitine » Fixation sur la fonction OH de la carnitine Transport par diffusion facilitée à travers la membrane interne mitochondriale Etape limitante soumise à régulation. Point de non retour Acide gras activé (n atomes de carbone) 1 cycle d’oxydation Acide gras activé (n-2 atomes de carbone) Comment les acides gras sont ils oxydés dans la cellule ? 3-Ils vont subir la β oxydation L’oxydation permet de générer des equivalents réducteurs et de l’acetyl-CoA Exemple: Vue générale de la dégradation de l’acide palmitique Bilan d’1 cycle de la dégradation (exemple du palmitate) Palmitoyl-CoA + CoA + FAD + NAD+ + H2O myristoyl-CoA + acétyl-CoA + FADH2 +NADH + H+ Bilan de la dégradation après 7 cycles (palmitate) Palmitoyl-CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acétyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Rappel: 1 acetyl-CoA par le TCA: 3NADH, 1FADH2 et 1ATP Bilan global (pour le palmitate – C16:0) 7 NADH et 7 FADH2 lors de la β oxydation (au sens strict) 24 NADH, 8FADH2 et 8 ATP lors de la dégradation de 8 acétylCoA 31 NADH, 15 FADH2 et 8 ATP Métabolisme énérgétique I- Notions de Bioénérgétique II- Le métabolisme énergétique au niveau cellulaire: Le catabolisme des sucres (glucose) et des acides gras III- Le métabolisme énergétique au niveau de l’organisme IV- La synthèse de l’ATP par couplage chimio-osmotique La glycolyse vue au niveau de l’organisme • Quelles cellules font la glycolyse ? • D’ou vient le glucose ? • Y a t-il d’autres sucres qui peuvent être utilisés • Pourquoi parfois certaines cellules catalysent elles un processus inverse de la glycolyse ? 1-Le glucose (ou d’autres sucres) peut venir de l’alimentation Monosaccharides et Polysaccharides ingérés durant les repas Les polysaccharides de l’alimentation Trehalose, saccharose, lactose, glycogène amidon Hydrolyse Par des enzymes spécifiques présentes dans la salive et l’intestin: Trehalase Lactase Sucrase a-amylase Libération de monosaccharides: glucose, galactose, fructose……… Intolérance au lactose Disparition de l’activité « lactase » à l’age adulte (sauf nord de l’europe et Afrique) - passage du lactose dans le gros intestin transformation par bactéries en produits toxiques déclenchement de crampes - augmentation osmolarité par lactose non dégradé, -rétention d’eau dans l’intestin - produits laitiers pré traités par « lactase » ou régime sans lait Devenir des monosaccharides: Transport dans tissus puis Phosphorylation Galactosémie Galactose = produit de la lactase Transporté dans cellule epithéliale Transporté dans le sang Importé dans les cellules du foie Transformé en Glucose 1 Phosphate Entrée dans la glycolyse Si galactokinase déficiente Accumulation dans le sang Dépôt de galactitol sur le cristallin (cataracte de l’enfant) Si transférase déficiente Symptomes plus sévères Retard mental, atteinte du foie parfois fatale 2-Le glucose (et pas d’autres sucres) peut venir des réserves de glucose Le glusose est stocké sous forme d’un polysaccharide de glucose Le glycogène des cellules animales (a 1 – 4) linkage Le glycogène des cellules animales Stocké dans le foie et dans les muscles Sous formes de particules Contenant enzymes de synthèse, de dégradation et de régulation Le foie, à lui seul, contient environ la moitié du stock de l’organisme: Fournir glucose à l’organisme Les muscles contiennent des quantités limitées de glycogène: Fournir énergie au muscle rapidement La dégradation du glycogène : la glycogénolyse Attention: Les polymères de réserves, amidon ou glycogène sont phosphorolysés (pas hydrolysés par a-amylase) Conditions d’utilisation du glycogène • Dans le muscle: La glycogénolyse est stimulée par l’épinéphrine (adrénaline) Situation de stress ou activité physique Permet d’obtenir rapidement du glucose qui sera soumis à glycolyse. Production d’ATP pour contraction musculaire Entrée dans la glycolyse directement via le G6P Bilan: 1 ATP de moins de consommé Conditions d’utilisation du glycogène • Dans le foie: La glycogénolyse est stimulée par le glucagon (hormone hyperglycémiante) Permet d’obtenir rapidement du glucose qui sera exporté dans le sang. Permet de fournir une source d’énergie aux autres cellules (les neurones) si la concentration de glucose diminue dans le sang Deux signaux différents mais une cascade de signalisation identique Ce système d’activation en cascade permet une amplification rapide du signal Pourquoi le foie (mais pas les muscles) peut contrôler la glycémie La Glucose 6 phosphatase est présente dans le foie mais…….. pas dans le muscle Autres effets du Glucagon Dans le foie, le glucagon provoque aussi: un ralentissement de la glycolyse + une accélération de la néoglucogénèse La néoglucogénèse, c’est quoi ? Elle permet de synthétiser du glucose. Mais pourquoi faire ? Dansle foie,le glucagon régule négativement la PFK-1 et positivement la FBPase-1 Résumé effet du glucagon et de l’ épinéphrine sur glycolyse, gluconéogénèse et glycogénolyse (adrénaline) À ne pas confondre • Glycolyse • Glycogénolyse • Neoglucogénèse • Glycogénèse Hormone hypoglycémiante: l’insuline • Sécrétée: par les cellules b-pancréatique si glycémie augmente • Cible: les cellules du foie et les cellules musculaires • Effet: augmente entrée du glucose dans les tissus • Conséquence: production de glycogène dans le foie et dans les muscles (mise en réserve du glucose) L’insuline augmente le nombre de transporteurs de glucose (GluT4) de la membrane plasmique du foie et des muscles • Augmentation entrée glucose dans cellules musculaires et du foie • Stimulation de la synthèse de glycogène dans le foie et dans les cellules musculaires grâce à la glycogène synthase