COURS 9 Oxydation des acides gras (suite)-Corps cétoniques 2022 23.pdf

Nucleic Bases acids P COURS 9 Pentose s Oxydation des acides gras (suite)- Corps cétoniques 1 Les acides gras: rôle central da...

Nucleic Bases acids P COURS 9 Pentose s Oxydation des acides gras (suite)- Corps cétoniques 1 Les acides gras: rôle central dans le métabolisme lipidique Cycle de krebs /OxPhos Triacylglycérols Exogène (alimentation) Endogène (foie, tissu adipeux) Corps cétoniques Acides gras Acétyl CoA Acides gras polyinsaturés Hormones stéroïdiennes Glycolipides Cholestérol Sels biliaires Sphingolipides Vitamine D Eicosanoïdes 2 Les acides gras: rôle central dans le métabolisme lipidique Cycle de krebs /OxPhos Acides gras Acétyl CoA LCFA (principaux) Palmitate (C16: 0) Stearate (C18: 0) 3 Les acides gras: rôle central dans le métabolisme lipidique Cycle de Krebs /OxPhos Corps cétoniques Acides gras Acétyl CoA insaturés Oleate (C18: 1) 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 4 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.1. Acides gras à chaîne impaire de C (1) Origine: plantes, produits laitiers (lipogenèse microbienne), voies endogènes Proportion mineure parmi les AG saturés (0,5%) dans le sérum humain …. Mais…. des études épidémiologiques récentes ont montré une association inverse entre la concentration sérique en C15:0 et C17:0 et l’incidence des maladies coronariennes et le diabète de type 2. 5 Sci Rep 10, 8161 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-64960-y 6 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.1. Acides gras à chaîne impaire de C (2) Activation sous la forme d’acyl CoA (ATP-dépendante) Entrée dans les mitochondries via le système Carnitine Dégradation par β-oxydation (2C enlevés/tour de spirale) 7 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.1. Acides gras à chaîne impaire de C (3) Conversion du propionyl CoA en Succinyl CoA en 3 étapes successives. 1ere étape: Propionyl CoA carboxylase => D-methyl malonyl CoA 2eme étape: Methyl malonyl CoA epimerase => L-methyl malonyl CoA 3eme étape: Methyl malonyl CoA mutase => Succinyl CoA Epimerase: isomerase catalysant l’inversion de la stéréochimie (D/L sur le Cα) Mutase: isomerase catalysant le changement de groupes dans une même molécule (Cα > Cβ) 8 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.1. Acides gras à chaîne impaire de C (4) 3eme étape: Methyl malonyl CoA mutase => Succinyl CoA Coenzyme B12 dérivé de la Vitamine B12 (cobalt lié de façon covalente avec le CH2 du 5’-deoxyadenosine) Vitamine B12: produits animaux (viandes, poissons, œufs, lait) Déficience  anémie Attention si alimentation exclusive Vegan! 9 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.2. Acides gras insaturés (C=C) (1) 50% des acides gras sont insaturés (C=C en configuration cis)  Type de liaison non reconnue par l’enoyl CoA hydratase (2nde réaction de la β-oxydation) L’oxydation des acides gras insaturés va nécessiter les enzymes additionnelles: 1. ∆3, ∆2-enoyl CoA isomerase catalysant la conversion cis/trans-∆3 en trans-∆2 2. Dienoyl CoA reductase (NADPH-dépendante) catalysant la conversion trans-∆2, cis-∆4 en trans-∆3 10 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.2. Acides gras insaturés (C=C) (2) acide gras monoinsaturé: oleate (C18:1 ∆9) 3 3 2 2 11 1. β-oxydation d’acides gras particuliers 1.2. Acides gras insaturés (C=C) (3) acide gras polyinsaturé: acide linoléique C18:2 (∆9,12) (essentiel) 12 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.1. Vue d’ensemble Convertissent des acides gras particuliers en des composés: - utilisables comme sources énergétiques - utilisables comme précurseurs biosynthétiques - pouvant être excrété dans l’urine Où? * Péroxysomes (5-30% de l’oxydation totale des AG dans le foie) − β-oxydation des VLCFA (> 20 C-diète + voie endogène) − α-oxydation des acides gras branchés * Microsomes (RE) dans le foie, reins − ω-oxydation (augmente si la β-oxydation mitochondriale est déficiente) Régulation des voies alternatives: pas de feedback. Le taux de ces voies est régulé par la disponibilité des substrats. 13 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.2. β-oxydation des VLCFA dans les péroxysomes (1) Les péroxysomes (~ dans tous les types cellulaires) Organelles identifiées en 1967 par Christian De Duve (biochimiste belge) Formés d’une membrane plasmique et d’un core composé d’enzymes oxydantes Oxydation exclusive des VLCFA ayant > 22 C 1974: Prix Nobel de Physiologie et Médecine 14 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.2. β-oxydation des VLCFA dans les péroxysomes (2) 1. Activation des acyl CoA 1 La VLACS (VLCFAcyl CoA synthetase) est située à la membrane 2 et génère des VLCFAcyl CoA 2. Transport des acyl CoA dans les péroxysomes 3 L’entrée des VLCFAcyl CoA a lieu de façon carnitine-indépendante 3. Oxydation en 4 étapes (jusqu’au stade ~8C) Oxydation/Hydratation/Oxydation/Clivage:  réactions similaires à celles de la β-oxydation des LCFA Particularités: Réaction 1: oxydation non génératrice d’ATP Réactions 2/3/4: similaires mais enzymes codées par des gènes différents A chaque tour, on produit 1 NADH, 1 H2O2, 1 acetyl CoA 15 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.2. β-oxydation des VLCFA dans les péroxysomes (3) mitochondrie peroxisome 1.Oxydation par dehydrogenation via FAD  FAD(2H) puis transfert direct des e- à l’O2 => H2O2 , H2O2 sert de substrat à la catalase => H2O + ½ O2 2.Hydratation 3. Oxydation par dehydrogenation via NAD+  NADH + H+ 4.Thiolase 16 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.2. β-oxydation des VLCFA dans les péroxysomes (4) 4.Formation d’acetyl-carnitine et de 5.Oxydation ultérieure SCFAcyl-carnitine/MCFAcyl-carnitine des SCFA/MCFA par β-oxydation qui sont transportés hors des péroxysomes et acetyl CoA par cycle de Krebs/OXPHOS puis dans la matrice mitochondriale 5 4 4 5 CAT: carnitine acetyl transferase COT: carnitine octanoyl transferase CAC: carnitine-acylcarnitine transporteur 17 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.3. α-oxydation des acides gras branchés dans les péroxysomes Origine: produits de dégradation de la chlorophylle: acide phytanique (C16-chaîne principale) acide pristanique (C15-chaîne principale) Si méthyl sur le Cβ, la β-oxydation est impossible! L’α-oxydation fait intervenir: ⇒ Oxydation progressive du Cα ⇒ associée à une décarboxylation du C1 ⇒ Le méthyl (branché) se retrouve en position du Cα https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=PMC2964658_1472-6793-10-19-1&req=4 18 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.3. α-oxydation des acides gras branchés dans les péroxysomes Au cours des tours de spirale, il y a libération alternée d’acetyl CoA et de propionyl CoA + isobutyryl CoA Phytanoyl CoA hydroxylase CO2 Hydroxy phytanoyl CoA lyase Aldehyde dehydrogenase Lorsque la chaîne atteint une taille de ~ 8C (MCFA), Le reste de l’oxydation se poursuivra dans la mitochondrie https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=PMC2964658_1472-6793-10-19-1&req=4 19 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.4. Dysfonctionnement de l’oxydation des AG dans les péroxysomes Syndrome de ZELLWEGER  déficience en péroxysomes Maladie autosomale récessive affectant l’un des gènes codant pour les peroxines, protéines nécessaires pour l’assemblage des péroxysomes. Phénotype complexe affectant principalement le cerveau et le foie ⇒ Incapacité à métaboliser les VLCFA ⇒ Accumulation sanguine de VLCFA (C26:0) Adrenoleucodystrophie  déficience pour le transporteur des VLCFA dans les péroxysomes Mutation liée à l’X récessive ⇒ Incapacité à métaboliser les VLCFA ⇒ Accumulation sanguine de VLCFA (C26:0) Maladie de REFSUM  déficience en phytanoyl CoA hydroxylase (α-oxydation) dans 90% des cas ⇒ Incapacité à métaboliser les acides gras branchés ⇒ Entraîne des problèmes neurologiques (vision, odorat etc…) ⇒ Accumulation sanguine d’acide phytanique 20 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.5. ω-oxydation des acides gras dans les microsomes Voie d’oxydation subsidiaire à la β-oxydation mitochondriale lorsque celle-ci est déficiente. L’oxydation a lieu sur le Cω Ceci permet d’oxyder des acides gras à longue chaîne (très insolubles en milieu aqueux) en des composés plus solubles. 21 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.5. ω-oxydation des acides gras dans les microsomes (foie) Se déroule en plusieurs étapes: 1ere réaction: formation d’un alcool sur le Cω Mixed-function oxidase (cytochrome P450) (NADPH et O2) 2eme réaction: formation d’un aldehyde sur le Cω Alcool dehydrogenase Devenir des acides dicarboxyliques formés (NAD+) (C6-C10 solubles): 3eme réaction: - substrats pour la β-oxydation comme les formation d’un acide carboxylique MCFA sur le Cω - Excrétion dans l’urine comme des MCFA Aldehyde dehydrogenase dicarboxyliques (NAD+) Succinate: oxydation ultérieure dans le cycle de Krebs 22 2. Voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale 2.6. Résumé général de l’oxydation des acides gras AG branchés AG dicarboxyliques 23 3. Les corps cétoniques 3.1. Généralités Qui sont-ils? acetoacetate/acetone/D-β-hydroxybutyrate Où sont-ils produits? FOIE (humains, plupart des mammifères) Dans la matrice mitochondriale 24 3. Les corps cétoniques 3.1. Généralités Quand sont-ils produits?  Conditions physiologiques de jeûne (prolongé) Acides gras libérés par tissu adipeux => β-oxydation des acides gras => [acétyl CoA] augmente ⇒ La synthèse des C.C dans le foie augmente  Conditions pathologiques: Diabète de type 1 (insuline insuffisante  lipolyse augmentée) 25 3. Les corps cétoniques 3.1. Généralités AA cétogènes 26 3. Les corps cétoniques 3.1. Généralités  Particularité des Ruminants: Le 3-hydroxybutyrate est produit par la flore microbienne dans la panse 27 3. Les corps cétoniques 3.2. Formation de l’acetoacetate (1) Se déroule en 3 étapes. Réaction 1: Condensation de 2 acetyl CoA en acetoacetyl CoA par la thiolase Réaction réversible Sera favorisée dans ce sens si [acétyl CoA] est élevée 28 3. Les corps cétoniques 3.2. Formation de l’acetoacetate (2) Réaction 2: Formation de l’HMG CoA par la HMG CoA synthase Réaction 3: Formation de l’acetoacetate par la HMG CoA lyase Enzyme uniquement présente dans la matrice mitochondriale β α 1 β α 1 29 3. Les corps cétoniques 3.2. Formation de l’acetoacetate (2) Réaction 2: Formation de l’HMG CoA par la HMG CoA synthase Réaction 3: Formation de l’acetoacetate par la HMG CoA lyase Enzyme uniquement présente dans la matrice mitochondriale β α 1 β α 1 30 3. Les corps cétoniques 3.3. Formation de l’acetone et du D-β-hydroxybutyrate D-β-hydroxybutyrate: Acetone: catalysée par une dehydrogenase. décarboxylation spontanée ou Réaction réversible catalysée par l’acetoacetate Réduction: fonction Cβ cetone > alcool decarboxylase. Sens de la réaction? dépend des rapports [NADH/NAD+] Acetone volatile Expiré (odeur caractéristique) 31  Rapport 3HB/AcAc ~ 1 après le repas 3. Les corps cétoniques Rapport 3HB/AcAc > 5 après jeune prolongé 3.4. Devenirs des corps cétoniques * Les C.C. formés dans le foie entrent dans la circulation sanguine. * Après 2-3 jours de jeûne, la [C.C] sg atteint des niveaux permettant leur entrée dans les cellules. * Oxydation des C.C. dans les tissus extra-hépatiques => acetyl CoA => cycle de Krebs => OXPHOS 32 3. Les corps cétoniques 3.5. Oxydation des corps cétoniques (1) 2 acetyl CoA thiolase Acetoacetyl CoA L’étape acetoacetate > acetoacetyl CoA: succinate -ne requiert pas le passage par HMG CoA synthase l’intermédiaire HMG CoA HMG CoA β-cetoacyl CoA transferase -nécessite une β-cetoacyl CoA transferase HMG CoA lyase (enzyme non synthétisée dans le foie) succinyl CoA acetoacetate D-β-hydroxybutyrate dehydrogenase D-β-hydroxybutyrate 33 3. Les corps cétoniques 3.5. Oxydation des corps cétoniques (2) Synthèse des C.C. à partir d’acetyl CoA Oxydation des C.C. en acetyl CoA 34 3. Les corps cétoniques 3.5. Oxydation des corps cétoniques (2) Synthèse des C.C. à partir d’acetyl CoA Oxydation des C.C. en acetyl CoA 35 3. Les corps cétoniques 3.6. Bilan énergétique de l’oxydation des corps cétoniques Cycle de krebs/OxPhos Oxydation complète de 1 mole d’acetoacetate? 2 acetyl CoA thiolase Oxydation complète de 1 mole de D-β-hydroxybutyrate? Acetoacetyl CoA succinate β-cetoacyl CoA transferase acetoacetate succinyl CoA NADH + H+ D-β-hydroxybutyrate dehydrogenase NAD+ D-β-hydroxybutyrate 36 3. Les corps cétoniques 3.7. Régulation Quand l’oxydation des acyl CoA génère suffisamment de coenzymes réduits et donc d’ATP dans le foie, l’acetyl CoA est détourné du cycle de Krebs pour la synthèse de C.C. Si le jeûne se prolonge, la transcription du gène codant pour la HMG CoA synthase est induite => augmentation de la synthèse des C.C. 37 OAA: utilisation comme précurseur pour la néoglucogenèse Limitant pour condensation avec AcetylCoA dans la réaction catalysée par la Citrate synthase (cycle de Krebs) => Acetyl CoA accumulé sera détourné pour former des corps cétoniques  EXERCICES COURS 10 Question 1 Des concentrations élevées de corps cétoniques peuvent être retrouvées dans le sang de patients atteints de diabète de type 1 non traité ou bien chez des personnes soumises à une diète très sévère. Pour lequel de ces métabolites peut-on s’attendre à détecter des différences de dosage entre ces deux types d’individus? A. Les niveaux de glucose B. Les niveaux d’acides gras C. Les niveaux de lactate D. Les niveaux en acides dicarboxyliques à C6-C8 E. Les niveaux en carnitine 39  EXERCICES COURS 10 Question 2 Pour lequel de ces acides gras la vitamine B12 est-elle requise pour son oxydation complète ? A. SCFA B. MCFA C. LCFA D. VLCFA E. Acides gras à chaîne impaire de carbones 40  EXERCICES COURS 10 Question 3 Un patient diabétique en acidocétose présente une odeur caractéristique à la respiration. Lequel de ces composé est responsable de cette odeur? A. L’acetoacetate B. Le D-β-hydroxybutyrate C. L’acetone D. L’acetyl CoA E. Le CO2 41  EXERCICES COURS 10 Question 4 Un nouveau-né a été diagnostiqué être incapable d’oxyder l’acide phytanique et a été placé sous diète contenant de très faibles quantités de cet acide gras particulier. D’après vous, dans quelle organelle est le plus probablement présente l’activité enzymatique dont la déficience est responsable de ce désordre métabolique? A. Le réticulum endoplasmique B. L’appareil de Golgi C. Les lysosomes D. Les mitochondries E. Les péroxysomes 42