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Cours n° 5 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 glycolys...

Cours n° 5 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 Origine des acides gras ? • Chez les vertébrés: - de l’alimentation (40% dans les pays industrialisés !) - des stocks cellulaires • Chez les plantes: utilisent les acides gras de la graine pour la germination Absorption des graisses (triglycerides ou PL) 1-dissolution par les sels biliaires (dans intestin) Absorption des graisses 2-dégradation par des lipases (dans intestin) Absorption des graisses 3-formation de Chylomicrons Absorption des graisses 4-alimentation des cellules Migration des Chylomicrons dans le sang Reconnaissance par récepteurs (muscles et adipocytes) Lipase spécifique permet hydrolyse Importation dans la cellule des acides gras Absorption des graisses 5-devenir des acides gras dans le muscle: Oxidation pour production d’énergie dans tissu adipeux: Re-esterification en triacylglycérols pour stockage Sous forme de « gouttelettes » lipidiques triacylglycerol + couche phospholipides + perilipine 31 Quand déclenche t-on la dégradation des stocks d’ acides gras ? Quand la concentration de glucose sanguin diminue Il y a alors sécrétion de glucagon qui se fixe sur des récepteurs des adipocytes 32 Activation cyclase Formation cAMP Activation PKA Phosphorylation périlipine et lipase Dégradation des triacylglycérols (x50) Acides gras transportés dans le sang transportés par SA (Serum Albumine) (50% des prot du sang, 10 Ac gras/prot) Acides gras adressés vers tissus et importés dans les cellules pour produire de l’énergie par β oxydation Dégradation des acides gras dans le foie en cas de jeûne Pas d’apport en sucres, favorise néoglucogénèse dans le foie et donc utilisation d’oxaloacétate Ralentissement du cycle de Krebs et donc accumulation d’acetyl CoA (qui ne peut pas se transformer en pyruvate puis en glucose) La néoglucogénèse, c’est quoi ? Elle permet de synthétiser du glucose. Mais pourquoi faire ? Le cycle est amphibolique: Le TCA n’est pas uniquement dédié à la dégradation du pyruvate (et donc à la production d’énergie) Mais …….l’acetyl-CoA peut se transformer en corps cétoniques et ainsi permettre de continuer à dégrader des acides gras TCA Acétyl-CoA Corps cétoniques Acétone Acétoacétate β−hydroxybutyrate Les corps cétoniques sont transportés par le sang vers les organes consommateurs d’énergie (muscles, cerveau) Corps cétoniques Acétone Exhalé acétoacétate et β−hydroxybutyrate Sang Muscles, cerveau La dégradation du β-hydroxybutyrate fournit de l’acétyl-CoA (donc de l’ATP) Muscles squelettiques, muscles cardiaques, le cerveau peut s’adapter si besoin impératif Risque pathologiques associés à un jeûne prolongé Si le jeune est trop prolongé Formation excessive de corps cétoniques peut conduire à une acidité du sang Coma et décès possibles Cas pathologique « similaire »: un diabète non traité Si diabète insulino-dépendant: le taux d’ insuline est faible même après repas Cela entraîne: -la poursuite de la dégradation des acides gras dans le foie - la poursuite de la néoglucogénèse et donc une formation importante d’acetylCoA et donc de corps cétoniques (acétone exhalé) dangereux si le diabète n’est pas traité rapidement ! Acidité du sang, coma et décès possible À approfondir en TD Cycle de Krebs (exercice V) 2) Exercice 2 : On considère la réaction d’hydrolyse de l’ATP. A l’équilibre thermodynamique les concentrations d’ATP et d’ADP sont telles que: ADPeq /ATPeq = 1,7 105 avec Pieq = 10-3 M. A votre avis, dans ces conditions, quelle serait le signe du ∆rG associé à l’hydrolyse de l’ATP ? 2) Exercice 2 : On considère la réaction d’hydrolyse de l’ATP. A l’équilibre thermodynamique les concentrations d’ATP et d’ADP sont telles que: ADPeq /ATPeq = 1,7 105 avec Pieq = 10-3 M. A votre avis, dans ces conditions, quelle serait le signe du ∆rG associé à l’hydrolyse de l’ATP ? On est à l’équilibre donc ∆rG = 0 !!!! 2) Exercice 2 : Sachant que dans la cellule les concentrations d’ATP et d’ADP sont telles que: ATP/ADP = 103, calculez le ∆rG de la réaction d’hydrolyse de l’ATP. On donne Pi = 2 10-3 M, R = 8,31 J/mol/K et T = 310 °K 2) Exercice 2 : calculez le ∆rG de la réaction d’hydrolyse de l’ATP ∆rG = ∆rG°’ + RT Ln [ADP] x[Pi] / [ATP] À l’équilibre ∆rG = 0 = ∆rG°’ + RT Ln [ADP]eq x[Pi]eq /[ATP]eq On donne [ADP]eq /[ATP]eq = 1,7 105 et [Pi]eq = 10-3 M Donc ∆rG°’ = - 13230 J.mol-1 2) Exercice 2 : calculez le ∆rG de la réaction d’hydrolyse de l’ATP ∆rG = ∆rG°’ + RT Ln [ADP] x[Pi] / [ATP] Dans la cellule On donne [ADP] /[ATP] = 103 et [Pi] = 2x10-3 M Donc ∆rG = - 47035 J.mol-1 Veuillez cocher la ou les bonne(s) réponse(s). a. Un système fermé évolue toujours vers un état d’équilibre. b. La constante d’équilibre d’une réaction chimique dépend de la concentration initiale du réactif. c. La constante d’équilibre d’une réaction chimique peut se calculer à partir du ∆rG°ou ∆rG°’. d. Dans un système fermé la réaction est terminée lorsque tout le réactif s'est transformé en produit. e. La constante d'équilibre d'une réaction est indépendante de la température. a. Saccharose b. α-D-glucopyranosyl (1->2)-α-Dfructofuranoside c. α-D-glucopyranosyl (1->2)-β-Dfructofuranoside d. β-D-glucopyranosyl (1->2)-α-Dfructofuranoside e. Maltose La fermentation qui se produit dans le muscle en cas d'hypoxie est un processus métabolique qui va transformer le glucose en pyruvate puis en lactate. Cochez les propositions qui sont vraies. a. le lactate formé dans le muscle pourra être exporté dans le sang puis reconverti en glucose dans les cellules hépatiques. b. La réaction chimique de transformation du pyruvate en lactate consomme 1 NADH par pyruvate. c. La réaction chimique de transformation du pyruvate en lactate consomme 1 ATP. d. La réaction chimique de transformation du pyruvate en lactate est essentielle pour régénérer le NADH essentiel à la glycolyse. e. Le lactate formé est ensuite hydrolysé en glucose et galactose dans le muscle. Cocher les associations qui vous paraissent pertinentes a. Glycogène / vacuole des plantes. b. Lactose / lait. c. Amidon / stockage du glucose. d. Tréhalose / carapace des crustacés. f. Saccharose / non réducteur. Cocher les propositions vraies. a. Le D-glycéraldéhyde et le L-glycéraldéhyde sont des énantiomères. b. Le glucose et le mannose sont des épimères. c. Le galactose et le mannose sont des épimères. d. Le D-glycéraldéhyde et le L-glycéraldéhyde sont des anomères. e. Le tréhalose et le lactate sont des disaccharides.