COURS 8 Métabolisme lipidique-la b-oxydation 2022 23.pdf

Nucleic Bases acids P COURS 8 Pentose s Métabolisme lipidique- La β-oxydation 1 ...

Nucleic Bases acids P COURS 8 Pentose s Métabolisme lipidique- La β-oxydation 1  Biochimie Les Lipides: Rappels générale Les lipides représentent ~ 30% de l’énergie apportée par l’alimentation Fonctions biologiques Rôle d’isolant: thermique et contre les chocs Rôle structural: composants des membranes cellulaires Phospholipides, glycolipides, cholestérol Rôle dans la signalisation cellulaire et autres: Phosphatidylinositols, sphingolipides, céramides, eicosanoïdes Production d’hormones stéroïdiennes, de sels biliaires, Permettent l’absorption intestinale des vitamines liposolubles (ADEK) Rôle énergétique (9 kcal/g): Source énergétique immédiate (acides gras) Source de stockage énergétique majeur de l’organisme (Triacylglycérols-TAG= lipides neutres) 2 Les acides gras: rôle central dans le métabolisme lipidique Cycle de krebs /OxPhos Triacylglycérols Exogène (alimentation) Endogène (foie, tissu adipeux) Corps cétoniques Cours 9 Cours 8/9 Acides gras Acétyl CoA Cours 10 Cours 10 Acides gras polyinsaturés Hormones stéroïdiennes Glycolipides Cholestérol Sels biliaires Sphingolipides Vitamine D Eicosanoïdes 3 Les acides gras: rappels de structure & nomenclature (1) Longueur de la chaîne C Acides: groupement carboxyl Gras: chaîne hydrocarbonée (longueur variable) VLCFA (Very Long Chain Fatty Acids) > C20 LCFA (Long chain Fatty Acids) C12-C20 MCFA (Medium chain Fatty Acids) C6-C12 SCFA (Short chain Fatty Acids) < C6 Acides gras à nombre de C impairs (plus rares) Cours 10 Acides gras branchés (plus rares): CH3, OH 4 Les acides gras à chaîne courte SCFA 5 Les acides gras: rappels de structure & nomenclature (2) Degré de saturation/insaturation C=C Biochimie ω α générale Acide palmitique 1 C16:0 β Acide oléique 9 C18:1 ∆9 Acide linoléique C18:2 (∆9,12) 6 12 9 ω6 (omega) Acide linolénique 3 15 12 9 C18:3 (∆9,12,15) ω3 (omega) Acide arachidonique ? 6 Les acides gras: rappels de structure & nomenclature (3) Degré de saturation/insaturation C=C ω α Acide palmitique 1 C16:0 β Acide oléique 9 C18:1 ∆9 Acide linoléique C18:2 (∆9,12) 6 12 9 ω6 (omega) Acide linolénique 3 15 12 9 C18:3 (∆9,12,15) ω3 (omega) Acidearachidonique Acide arachidonique ?C20:4 (∆5,8,11,14) ω6 (omega) 7 1. D’où viennent les acides gras? 1.1. Origine exogène alimentaire Liaison ester Acides gras saturés (AGS) dont les plus courants Acide laurique (C12: 0) Acide myristique (C14: 0) Acide palmitique (C16: 0) (huile de palme) Acide stéarique (C18: 0) TAG: 80-100 g/jour  Non essentiels Acides gras cis-monoinsaturés (MUFA) Acide oléique (C18: 1) principal (huile d’olive)  Non essentiels 8 1. D’où viennent les acides gras? 1.1. Origine exogène alimentaire Acides gras cis-polyinsaturés (PUFA) Acide linoléique ω-6 (C18: 2) = LA (huile de soja) Acide linolénique ω-3 (C18: 3) = LNA  Essentiels PUFA synthétisés par l’organisme à partir de ces PUFA essentiels 🙂🙂 Acide arachidonique ω-6 (C20: 4) (LA) Acide eicosapentaénoïque EPA ω-3 (C20: 5) (LNA) Acide docosahexaénoïque DHA ω-3 (C22: 6) (LNA) Acide docosapentaénoïque DPA ω-3 (C22: 5) (LNA) ☹ Acides gras trans-polyinsaturés (PUFA) Acides gras trans d’origine industrielle ⇒ provenant de l’hydrogénation partielle et lors du raffinage des huiles végétales (margarines, biscuits, snacks) Acides gras trans d’origine naturelle ⇒ provenant du processus de biohydrogénation dans le rumen des ruminants (présents dans la viande + produits laitiers) 9 1. D’où viennent les acides gras? 1.1. Origine exogène alimentaire 10 1. D’où viennent les acides gras? 1.1. Origine exogène alimentaire  Les sels biliaires (bs): composés amphipatiques  « détergents biologiques » permettent d’émulsifier les TAG La formation de ces micelles augmente la fraction de molécules accessibles à l’hydrolyse par lipase/colipase  Absorption d’acides gras (FA) + 2-monoacylglycérol (2-MG) par les entérocytes  Reformation de TAG dans les entérocytes  Empaquetage dans les lipoprotéines= chylomicrons  Système lymphatique  circulation sanguine 11 1. D’où viennent les acides gras? 1.2. Origine endogène hépatique Les acides gras présent dans les cellules hépatiques reforment des TAG qui seront empaquetés dans les lipoprotéines= VLDL (Very Low Density Lipoproteins)  circulation sanguine Cours 10 12  1. D’où viennent les acides gras? 1.3. Rôle de la Lipoprotéine Lipase (LPL) Dans les capillaires sanguins, la LPL (activée par l’apolipoprotéine ApoCII des lipoprotéines CM ou VLDL) va hydrolyser les TAG en Glycérol + Acides Gras * Glycérol: (Oxydation) Glycolyse Foie Précurseur pour la néoglucogenèse Origine exogène Origine endogène 13  1. D’où viennent les acides gras? 1.3. Rôle de la Lipoprotéine Lipase (LPL) Dans les capillaires sanguins, la LPL (activée par l’apolipoprotéine ApoCII des lipoprotéines CM ou VLDL) va hydrolyser les TAG en Glycérol + Acides Gras * Acides Gras Tissus (muscle): oxydation Tissu adipeux: ré-estérification=> TAG Origine exogène Origine endogène 14 1. D’où viennent les acides gras? 1.4. Mobilisation des TAG des stocks du tissus adipeux Stocks lipidiques dans l’organisme: 15 kg/75 kg dont 85% sous la forme de TAG (tissu adipeux surtout) Tissu adipeux blanc La péripiline recouvre la surface des gouttelettes lipidiques Dans les conditions basales (non stimulées), la péripiline (non phosphorylée) est une protéine capable d’établir des interactions à la surface de la gouttelette lipidique 15  1. D’où viennent les acides gras? 1.4. Mobilisation des TAG des stocks du tissus adipeux  Phase post-absorptive Quand les acides gras sont-ils mobilisés? [Insuline]/[Glucagon] diminué Activation de la LIPOLYSE  Effort physique intense 16 1. D’où viennent les acides gras? 1.4. Mobilisation des TAG des stocks du tissus adipeux 1. Dans les conditions stimulant la lipolyse, 1 Glucagon/Adrénaline se lient à leurs récepteurs cellulaires spécifiques (RCPG). 2. Cascade de signalisation ([AMPc] augmenté) portant 2 à l’activation de la Protéine kinase A (PKA) 4 3. La PKA phosphoryle la HSL (Hormone sensitive lipase) 3 qui est activée et transloquée à la surface de la gouttelette lipidique 4. La PKA phosphoryle la péripiline entraînant son déplacement de la surface de la gouttelette lipidique. 6 => La HSL peut initier l’hydrolyser des TAG 5. La HSL peut hydrolyser les TAG => AG NE libérés Serum Intervention aussi des lipases ATGL et MGL non soumises à une régulation 5 albumine hormonale comme la HSL 6. Libération d’Acides gras non estérifiés des adipocytes  sang (albumine) 17 1. D’où viennent les acides gras? 1.4. Mobilisation des TAG des stocks du tissus adipeux Particularités (VETE)! Lapin, cobaye, poulet: La réponse aux catécholamines peut être plus faible Oiseaux: Effet lipolytique prononcé du glucagon et faible effet de l’insuline anti-lipolytique 18 Les acides gras: rôle central dans le métabolisme lipidique Cycle de krebs /OxPhos Triacylglycérols Exogène (alimentation) Endogène (foie, tissu adipeux) Acides gras ? Acétyl CoA LCFA (principaux) Palmitate (C16: 0) Stearate (C18: 0) 19 2. La β-oxydation des acides gras 2.1. Vue d’ensemble Transport à la membrane plasmique: [acide gras libre]cellule: très faible Diffusion passive + protéines de transport spécifiques: FAT(FA translocase/CD36); FATP (FA transport protein); FABP: Fatty Acid Binding Protein Activation: acides gras  acyl CoA Entrée dans la mitochondrie via la Carnitine sauf si acides gras C ≤ 12 (entrée « libre ») β-oxydation (spirale: cycle de 4 réactions) Matrice mitochondriale Cycle de Krebs/Chaîne respiratoire Corps cétoniques (foie) 20  2. La β-oxydation des acides gras 2.2. Activation des acides gras en acyl CoA (1) Réaction catalysée par des Acyl CoA synthetase=thiokinase (utilisation d’ATP) Acide gras + CoA + ATP  Acyl-CoA + AMP + 2 Pi Coenzyme A (CoA-SH): liaison réversible à un site de l’enzyme Groupement sulfhydryl (SH) nucléophile attaque les carbonyl Chez l’humain, => formation d’acyl thioesters 26 gènes codant pour des Acyl CoA synthetases, spécificités de substrat et localisation cellulaire différentes.  on distingue 4 grandes familles: VLCFA/LCFA/MCFA/SCFA Acyl CoA synthetases LCFA: à la membrane externe mitochondriale 21  2. La β-oxydation des acides gras 2.2. Activation des acides gras en acyl CoA (2) Activation des acides gras en 2 étapes: 1ere étape: Formation d’une liaison à haute énergie Acyl-AMP (phospho-ester) + PPi 2eme étape:  Le CoA-SH attaque le carbonyl ⇒ liaison thioester à haut potentiel énergétique  Processus favorisé par l’hydrolyse associée du pyrophosphate par la pyrophosphatase inorganique ∆G’0 = - 34 kJ/mol Processus d’activation exergonique ∆G’0 = - 15 kJ/mol ∆G’0 = - 19 kJ/mol (les 2 étapes de la réaction) 22 2. La β-oxydation des acides gras 2.3. Entrée dans la mitochondrie des acyl CoA (1) Carnitine acyl transferase I (CPT I) LCFA  acides gras C > 12 Carnitine: sert de transporteur (OH) Acyl CoA + carnitine  Acyl-carnitine + CoA-SH H 23 2. La β-oxydation des acides gras 2.3. Entrée dans la mitochondrie des acyl CoA (1) Carnitine: sert de transporteur (OH) Synthétisée à partir de Lysine Stock majeur de carnitine: le muscle squelettique Consommée par les sportifs pour augmenter leurs performances ou pour perdre du poids! H 24 2. La β-oxydation des acides gras 2.3. Entrée dans la mitochondrie des acyl CoA (2) Traversée de la membrane interne via la carnitine: acyl-carnitine translocase La carnitine retourne vers l’espace intermembranaire Carnitine acyl transferase II (CPT II) Acyl-carnitine + CoA-SH  Acyl CoA + carnitine Il existe 2 pools Acyl CoA disponible dans la matrice intracellulaires de pour oxydation CoA-SH 25 2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale Consiste en 4 étapes successives répétées Cn Consiste en 4 étapes successives répétées (𝑛𝑛/2 -1) fois (n= nombre de C) C16 (acide palmitique) 16/2 -1= 7 cycles C n-2 26 2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale OXYDATION: C=C entre les Cα et β HYDRATATION: OH en Cβ OXYDATION: cétone en Cβ CLIVAGE Acyl CoA acetyl transferase 27  2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale Réaction 1: Conversion de l’acyl CoA en Enoyl CoA par une Acyl CoA Dehydrogenase  famille de dehydrogenases (3 isoenzymes) avec spécificité de substratdifférente (longueur de la chaîne) utilisant le FAD comme groupe prosthétique Le (FAD(2H)) réduit transfère les e- à  ETF (e- transferring flavoprotein)  ETF- CoQ oxydoréductase  CoQ  > chaîne respiratoire Krebs: succinate dehydrogenase 28 2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale Réactions 2-3-4: catalysées par la Tri Functional Protein (TFP)=TFE (Tri Functional Enzyme) = MTP (Mitochondrial Trifunctional Protein) Hétérotétramère (α2β2): Complexe associé à la membrane interne mitochondriale Substrat transféré efficacement d’un site actif à l’autre 29  2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale Réaction 2: Conversion de Enoyl CoA en β-hydroxy acyl CoA par une enoyl CoA hydratase Krebs: fumarase: fumarate hydratase 30  2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale Réaction 3: Conversion de β-hydroxy acyl CoA en β-keto acyl CoA par une β-hydroxy acyl CoA Dehydrogenase Coenzyme réduit NADH transfère les e- sous la forme d’ions hydrure >> chaîne respiratoire Krebs: malate dehydrogenase 31 2. La β-oxydation des acides gras 2.4. La spirale Réaction 4: Clivage du β-keto acyl CoA en acyl CoA + acetyl CoA par une acyl CoA acetyl Transferase = thiolase => Acyl CoA n-2 + acetyl CoA 32  2. La β-oxydation des acides gras 2.5. Bilan énergétique partiel de la spirale C16 (acide palmitique) Consiste en 4 étapes successives répétées (n/2 -1) fois (n= nombre de C) Donc pour le C16 (acide palmitique): 16/2 -1= 7 cycles 7 7 7 7 8 7 7 7 33 2. La β-oxydation des acides gras 2.6. Devenir oxydatif des acetyl CoA générés Acide Palmitique (C16:0) Palmitoyl CoA 7 FADH2 7 NADH 8 acétyl-CoA oxydation ? ATP 34 2. La β-oxydation des acides gras 2.6. Devenir oxydatif des acetyl CoA générés Acide Palmitique (C16:0) - 2 ATP (2 liaisons à haut potentiel énergétique utilisées) Palmitoyl CoA 7 FAD(2H) 7 x 1,5 ATP = 10,5 ATP 7 NADH 7 x 2,5 ATP = 17,5 ATP 8 acétyl-CoA 8 x 10 ATP = 80 ATP oxydation 108 -2= 106 ATP 35 3. Oxydation des acides gras à chaîne moyenne (MCFA) 1 FOIE 2 1. Les MCFA (C6-C12) provenant de l’alimentation (produits laitiers) 3 sont plus solubles que les LCFA. Ils peuvent entrer dans la matrice indépendamment du système carnitine 2. Activation sous la forme de MCFA acyl CoA qui va nécessiter (comme pour les LCFA) 2 liaisons à haut potentiel énergétique (1 ATP > 1 AMP + PPi) 3. La b-oxydation (spirale de 4 réactions répétées (n/2 -1 cycle) est réalisée dans la matrice par des activités enzymatiques solubles (≠ LCFA-MTP). Même méthode pour le calcul du bilan: 1 FAD(2H) + 1 NADH + 1 Acétyl CoA libéré / cycle Cells 2020, 9(2), 340; https://doi.org/10.3390/cells9020340 36 3. Oxydation des acides gras à chaîne moyenne (MCFA) MCFA Acyl CoA synthetase (foie, reins) présente une spécificité large de substrat, incluant des composés ayant un groupe carboxyl  médicaments (salicylate, valproate, benzoate) qui seront activés Conjugaison d’acides gras aromatiques à la glycine  Processus de détoxification de composés xénobiotiques ⇒ Produit conjugué excrété dans l’urine 37 4. Régulation de la β-oxydation des acides gras La β-oxydation est régulée par les besoins en énergie de la cellule (niveaux d’ATP/ADP et niveaux de NADH/NAD+): les AG ne peuvent être oxydés plus vite que les coenzymes réduits dans la chaîne respiratoire. Inhibition de la β-OHacylCoA dehydrogenase par [NADH/NAD+] élevée Inhibition de la thiolase par des [acetyl CoA] élevées Cours 10 Biosynthèse des acides gras La β-oxydation est régulée au niveau de l’entrée des LCFA dans la mitochondrie: La CPT-I est inhibée par le malonyl CoA  1er intermédiaire cytosolique dans la biosynthèse des AG à partir d’acetyl CoA. REGULATION COORDONNEE SYNTHESE/DEGRADATION TISSU-SPECIFIQUE 38 4. Régulation de la β-oxydation des acides gras Dans le foie, si [Glucose] élevée,  augmentation de [malonyl CoA]  Inhibition de l’entrée des acides gras activés dans la mitochondrie pour β-oxydation  Ces acides gras peuvent être stockés sous la forme de TAG GLUCOSE La β-oxydation est régulée au niveau de l’entrée des LCFA dans la mitochondrie: La CPT-I est inhibée par le malonyl CoA  1er intermédiaire cytosolique dans la biosynthèse des AG à partir d’acetyl CoA. REGULATION COORDONNEE SYNTHESE/DEGRADATION TISSU-SPECIFIQUE Cours 11 39 5. Dysfonctionnements de la β-oxydation des acides gras Déficiences en carnitine ou le système carnitine/entrée des AG dans la mitochondrie (CPT-I, Carnitine:acylcarnitine translocase, CPT-II) La plus fréquente est liée à un défaut en CPT-II * Formes sévères chez l’enfant ( développement d’une hypoglycémie sévère chez les jeunes enfants (qui peut être fatale) Accumulation d’acides dicarboxyliques (produits par ω- oxydation) détectés dans les urines 41  EXERCICES COURS 9 Question 1 Pour quelle raison une déficience en enzyme ETF:QO oxydase peut être mortelle? A. L’énergie provenant de l’utilisation du glucose est réduite dramatiquement B. L’énergie provenant de l’utilisation de l’alcool est réduite dramatiquement C. L’énergie provenant de l’utilisation des corps cétoniques est réduite dramatiquement D. L’énergie provenant de l’utilisation des acides gras est réduite dramatiquement E. L’énergie provenant de l’utilisation du glycogène est réduite dramatiquement 42  EXERCICES COURS 9 Question 2 Quel est le rendement global approximatif attendu de l’oxydation complète d’une mole d’un acides gras C18:0 en CO2 et H2O? A. 105 B. 115 C. 120 D. 125 E. 130 43  EXERCICES COURS 9 Question 3 Laquelle de ces séquences réactionnelles décrit le mieux la spirale de la β-oxydation? A. Oxydation, hydratation, oxydation, clivage de liaison C-C B. Oxydation, dehydratation, oxydation, clivage de liaison C-C C. Oxydation, hydratation, réduction, clivage de liaison C-C D. Oxydation, dehydratation, réduction, clivage de liaison C-C E. Réduction, hydratation, oxydation, clivage de liaison C-C 44  EXERCICES COURS 9 Question 4 A quel moment les acides gras seront la source énergétique majeure pour les tissus de l’organisme? A. Tout de suite après le petit-déjeuner B. Quelques minutes après un snack C. Tout de suite après le dîner D. Pendant les premiers kilomètres d’un marathon E. Pendant les derniers kilomètres d’un marathon 45  EXERCICES COURS 9 Question 5 Si votre patient présente une déficience classique en CPT-II, lequel des résultats de laboratoire est attendu? A. Des niveaux circulants élevés en acylcarnitine B. Des niveaux circulants élevés en corps cétoniques C. Des niveaux circulants élevés en glucose D. Des niveaux circulants réduits en Créatine phosphokinase E. Des niveaux circulants réduits en acides gras 46  EXERCICES COURS 9 Question 6 Un nourrisson de 6 mois manifeste des épisodes fréquents de pleurs, léthargie avec une faible alimentation. Les parents ont observé que ces épisodes peuvent être réduits si l’enfant est nourri plus souvent. Les tests sanguins révèlent une hypoglycémie et hypocétose. On détecte la présence d’acides dicarboxyliques à 6 et 8 carbones et des dérivés d’acylcarnitine dans les urines. D’après vous, quelle enzyme est déficiente chez ce nourrisson ? A. CPT-I B. CPT-II C. LCAD D. MCAD E. Carnitine acylcarnitine translocase 47