Cours de métabolisme 2023-2024 - Tutorat Santé Lyon Sud

Pré-rentrée PASS 2023-2024 Tutorat Santé Lyon Sud INTRODUCTION AU MÉTABOLISME INTERMÉDIAIRE Pré-rentrée PASS 26 août 2024 Intro Métabolisme Métabolisme Glucides ≈ 4h Rodrig...

Pré-rentrée PASS 2023-2024 Tutorat Santé Lyon Sud INTRODUCTION AU MÉTABOLISME INTERMÉDIAIRE Pré-rentrée PASS 26 août 2024 Intro Métabolisme Métabolisme Glucides ≈ 4h Rodriguez Lipides ≈ 7h Glucides/Lipides Intro au métabolisme Métabolisme glucidique Rodriguez Métabolisme lipidique ≈ 8h Métabolisme Le cycle de Krebs La chaîne respiratoire Intro Métabolisme Métabolisme Glucides ≈ 4h Rodriguez Lipides ≈ 7h Glucides/Lipides Intro au métabolisme Métabolisme glucidique Rodriguez Métabolisme lipidique ≈ 8h Métabolisme Le cycle de Krebs La chaîne respiratoire Intro Métabolisme Définitions  Intro Métabolisme Définitions ▪ Métabolisme intermédiaire : regroupe les différentes voies métaboliques (anabolisme + catabolisme), leurs inter-relations et leurs modes de régulation.  Intro Métabolisme Définitions ▪ Anabolisme : ensemble des voies de synthèse des molécules nécessaires à la composition et au fonctionnement d’un organisme. Nécessite l’apport d’énergie apportée via le catabolisme. Représente les voies dites divergentes. ▪ Catabolisme : ensemble des réactions de dégradation/oxydation produisant des équivalent réduits (NADH,H+, FADH2) et de l’énergie (sous forme de liaison phosphate à haute énergie, ATP). Représente les voies dites convergentes. (Mnémo : Convergence = Catabolisme) ▪ Voie amphibolique : présente à la fois des fonctions anaboliques et cataboliques (ex : cycle de Krebs) et présente plusieurs entrées de substrats et plusieurs sorties de produits. Intro Métabolisme Schéma simplifié du métabolisme intermédiaire Intro Métabolisme Interconnexions nombreuses Attention : les voies anaboliques ne sont pas l’inverse des voies cataboliques (réactions irréversibles…) Intro Métabolisme Voies métaboliques ubiquitaires  Intro Métabolisme Voies métaboliques ubiquitaires - définition Ubiquitaire : peut se trouver dans tous les différents types de cellules d’un être vivant. Exemple : les mitochondries ne sont pas ubiquitaires car elles sont absentes des globules rouges.  Intro Métabolisme Voies métaboliques ubiquitaires Les voies métaboliques ubiquitaires : Glycolyse (anaérobie) Voie des Pentoses Phosphate Cycle de Krebs (sauf GR) → contradiction avec ubiquitaire Βêta-Oxydation des Acides Gras (sauf dans les globules rouges (pas de mitochondries) et cerveau) → contradiction avec ubiquitaire Synthèse protéique Intro Métabolisme Interrelations tissulaires  Intro Métabolisme Interrelations tissulaires Intro Métabolisme Energie et spécificité tissulaire  Intro Métabolisme Energie et spécificité tissulaire Pour chaque tissu, il y a des spécificités : Choix du substrat énergétique à un moment donné (glucose, acide gras, corps cétoniques, acides aminés…) Régulation de la production d’énergie Nous allons étudier : Les globules rouges (GR) Le cerveau Les muscles squelettiques Le cœur Le foie Intro Métabolisme Les globules rouges (GR) Permet le transport de l’O2 des poumons vers les tissus Besoins énergétiques constants Utilise uniquement le glucose comme substrat d’énergie Ne possèdent pas de mitochondries, glycolyse anaérobie uniquement, avec synthèse de lactate. Période de jeûne : le lactate produit par le globule rouge est récupéré par le foie pour participer à la néoglucogénèse (cycle lactate- glucose entre globule rouge et foie)  Intro Métabolisme Le cerveau 2% du poids total mais utilise 20% du glucose à l’état de repos Besoins énergétiques constants pour le fonctionnement des pompes NA+/K+ ATPase pour la transmission de l’influx nerveux Utilise principalement le glucose et parfois des corps cétoniques (hydrosolubles) Barrière hémato-encéphalique (BHE) imperméable aux acides gras (AG) (pas utilisés comme substrats) Seuls glucose et corps cétoniques (hydrosolubles) traversent la BHE : ▪ Période post prandiale (après un repas) : uniquement du glucose ▪ Période de jeûne : corps cétoniques (en plus du glucose) Intro Métabolisme Les muscles squelettiques Besoins énergétiques variant en fonction de l’effort à fournir Utilise indifféremment : glucose (provient de la circulation ou de l’hydrolyse du glycogène), AG (issus de l’hydrolyse des triglycérides du TA) et corps cétoniques (proviennent du foie)  Intro Métabolisme Le cœur Au repos: utilise pour 70% les AG, pour 20% les glucides et pour 10% le lactate. Au cours de l’exercice: les lactates produits par les muscles squelettiques deviennent la principale source énergétique du cœur, inhibant la captation des AG. Des « sécurités métaboliques » existent au niveau du myocarde qui lui permettent une adaptation rapide à des états différents de l’organisme. Intro Métabolisme Le foie Utilise des AG principalement Centre de triage et de régulation métabolique de l’organisme (transport des nutriments vers le foie via la veine porte, régulation de la glycémie) : ▪ Constitution de réserves (glycogène) à partir de glucose circulant à l’état post-prandial (synthèse de glycogène) ▪ Fournit des substrats d’énergie pour les autres cellules lors du jeûne (glucose via néoglucogenèse et corps cétoniques à partir des AG) Intro Métabolisme Régulation métabolique  Intro Métabolisme Régulation métabolique Système en constante adaptation (ex : apport alimentaire, exercice, grossesse...), soumis à des régulations de l’activité enzymatique Rôle majeur des hormones  Intro Métabolisme Régulation métabolique Coopération entre organes et entre organites au niveau cellulaire : Organes : intestin (absorption des nutriments), pancréas (sécrétion hormonale d’insuline et glucagon), foie (carrefour majeur), muscle, cerveau (besoin énergétique important), TA (stockage) Organites : cytosol (glycolyse anaérobie, pentoses-phosphates), mitochondries (Krebs, chaine respiratoire, bêta-oxydation), membrane du RE (synthèse lipidique), ribosomes (synthèse protéique)  Intro Métabolisme Régulation métabolique Conséquence d’une dérégulation : Maladies métaboliques dues à une dérégulation alimentaire, hormonale, enzymatique. Intro Métabolisme Entraînements  Intro Métabolisme Entraînement Une molécule ubiquitaire est absente dans certains tissus. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement Une molécule ubiquitaire est absente dans certains tissus. Vrai ou Faux ? Faux : C’est l’inverse. La molécule peut se trouver dans tous les tissus  Intro Métabolisme Entraînement L’anabolisme représente les voies dites divergentes et le catabolisme représente les voies dites convergentes. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement L’anabolisme représente les voies dites divergentes et le catabolisme représente les voies dites convergentes. Vrai ou Faux ? Vrai : Catabolisme Convergentes  Intro Métabolisme Entraînement Il y a de nombreuses interconnexions dans le métabolisme intermédiaire. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement Il y a de nombreuses interconnexions dans le métabolisme intermédiaire. Vrai ou Faux ? Vrai : Les différentes voies se recoupent via des molécules entrant dans différentes voies métaboliques.  Intro Métabolisme Entraînement Les globules rouges utilisent les acides gras (AG) comme source d'énergie. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement Les globules rouges utilisent les acides gras (AG) comme source d'énergie. Vrai ou Faux ? Faux : Ils utilisent uniquement du glucose !  Intro Métabolisme Entraînement Au repos, le cœur utilise majoritairement les lactates comme source d’énergie. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement Au repos, le cœur utilise majoritairement les lactates comme source d’énergie. Vrai ou Faux ? Faux : Il utilise majoritairement les lactates à l’effort.  Intro Métabolisme Entraînement Seuls le glucose et les corps cétoniques peuvent franchir le barrière hémato-encéphalique (BHE) pour fournir de l’énergie au cerveau. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement Seuls le glucose et les corps cétoniques peuvent franchir le barrière hémato-encéphalique (BHE) pour fournir de l’énergie au cerveau. Vrai ou Faux ? Vrai : Le cerveau utilise principalement du glucose et parfois des corps cétoniques. MÉTABOLISME GLUCIDIQUE Pré-rentrée PASS 26 août 2024 Métabolisme glucidique Métabolisme Glucides ≈ 4h Rodriguez Lipides ≈ 7h Glucides/Lipides Intro au métabolisme Métabolisme glucidique Rodriguez Métabolisme lipidique ≈ 8h Métabolisme Le cycle de Krebs La chaîne respiratoire Métabolisme glucidique Généralités Métabolisme glucidique Métabolisme glucidique : glycolyse Glycolyse: principale voie d’utilisation du glucose Voie Destinée du glucose Lieu Lieu (niveau (niveau cellulaire) tissulaire) Glycolyse ->ATP Toutes les cytosol anaérobie ->pyruvate->lactate cellules (ubiquitaire) Glycolyse ->ATP Toutes les Cytosol puis aérobie ->pyruvate->acétyl-CoA->ATP+++ cellules sauf mitochondrie (CK + CRM) GR (CK + CRM) (ubiquitaire) N.B.: CK=cycle de Krebs ; CRM=chaîne respiratoire mitochondriale Métabolisme glucidique Métabolisme glucidique : 1ère phase de la glycolyse (jusqu’au pyruvate) 3 réactions irréversibles 4-2=2ATP formés 2 NADH,H+ formés Métabolisme glucidique Métabolisme glucidique : voie des pentoses phosphate Voie des pentoses phosphate: voie de dérivation des hexoses monophosphate (glucose); parallèle à la glycolyse Voie Destinée du glucose Lieu Lieu (niveau (niveau cellulaire) tissulaire) Voie des ->NADPH, H+ (->AG, cholestérol, Toutes les cytosol pentoses stéroïdes; protection contre le cellules phosphate stress oxydant dans le GR) (ubiquitaire) ->ribose (->AN) Métabolisme glucidique Métabolisme glucidique : métabolisme du glycogène Glycogène=forme de stockage du glucose Métabolisme du glycogène: permet la régulation de la glycémie Voie Lieu (niveau Lieu (niveau tissulaire) cellulaire) Glycogénogenèse Toutes les cellules cytosol (quand glycémie ↑) mais surtout foie et muscle Glycogénolyse Toutes les cellules cytosol (quand glycémie ↓) (avec fonctionnement différent dans le foie) Métabolisme glucidique Métabolisme glucidique : néoglucogenèse Néoglucogenèse=production de glucose à partir de précurseurs non glucidiques (AA, lactate, glycérol…) Localisation: foie (surtout) reins et intestin (très peu)  Intro Métabolisme Entraînement La glycolyse, la voie des pentoses-phosphate et la néoglucogenèse sont des voies ubiquitaires. Vrai ou Faux ?  Intro Métabolisme Entraînement La glycolyse, la voie des pentoses-phosphate et la néoglucogenèse sont des voies ubiquitaires. Vrai ou Faux ? Faux : la glycolyse et la voie des pentoses-phosphate sont ubiquitaires mais pas la néoglucogenèse (uniquement dans foie, rein et intestin) LA CHAÎNE RESPIRATOIRE ET LES OXYDATIONS PHOSPHORYLANTES Pré-rentrée PASS 26 août 2024 La chaîne respiratoire Métabolisme Glucides ≈ 4h Rodriguez Lipides ≈ 7h Glucides/Lipides Intro au métabolisme Métabolisme glucidique Rodriguez Métabolisme lipidique ≈ 8h Métabolisme Le cycle de Krebs La chaîne respiratoire La chaîne respiratoire Généralités  La chaîne respiratoire Généralités ▪ Nécessité vitale pour l’Homme de produire de l’ATP (40 kg/j au repos). ▪ En aérobie, la grande majorité de l’ATP est produite dans les mitochondries. ▪ Formation de 𝑵𝑨𝑫𝑯, 𝑯+ et 𝐅𝐀𝐃𝑯𝟐 dans d’autres voies, qui vont être réoxydés lors des réactions de la chaine respiratoire mitochondriale. La chaîne respiratoire Généralités Localisation : membrane interne des mitochondries (crêtes)  La chaîne respiratoire Généralités NADH, H+ et le FADH2, molécules riches en énergie puisqu’elles possèdent chacune une paire d’électrons de haut potentiel de transfert énergétique. Transfert des électrons de NADH, H+ et FADH2 au cours d’une succession de réactions d’oxydo-réduction jusqu’à l’accepteur final oxygène (O2). La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire ▪ Couplage de la réoxydation des coenzymes réduits à la synthèse d’ATP ▪ Phosphorylation de l’ADP en ATP Oxydations phosphorylantes Définition - Oxydant et réducteur oxydAnt=veut gAgner des électrons réductEur=veut pErdrE des électrons (lors d'une réduction) (lors d'un oxydation) (réduction: oxydant->réducteur) (oxydation: réducteur->oxydant) - Ex: NAD+, FAD+ - Ex: NADH,H+, FADH2  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire Série de transporteurs d’électrons (complexe I à IV) 2 protéines mobiles (coenzyme Q = ubiquinone et cytochrome C) Chaque mitochondrie contient des milliers d’exemplaires de la chaîne de transport d’électrons.  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire Complexe I : NADH déshydrogénase Réoxydation du NADH,H+ en NAD+ Présence d’un canal à protons Complexe II : Succinate déshydrogénase Réoxydation du FADH2 en FAD+  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire Complexe III : Présence d’un canal à protons Complexe IV : Cytochrome C oxydase Présence d’un canal à protons Complexe V : ATP Synthase  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire Protéines mobiles (pour le transfert des électrons entre les complexes) ❑ Coenzyme Q ou ubiquinone : transfert les électrons du complexe I et II au complexe III ❑ Cytochrome C : transfert les électrons du complexe III au IV  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire Expulsion protons via les canaux à protons (complexe I, III et IV) Gradient de protons  La chaîne respiratoire Fonctionnement général de la chaîne respiratoire Expulsion protons via les canaux à protons (complexe I, III et IV) Gradient de protons La chaîne respiratoire L’ATP Synthase (Complexe V)  La chaîne respiratoire L’ATP Synthase (Complexe V) Enzyme qui utilise la force protomotrice créée par le gradient électrochimique de protons Formée de deux parties distinctes : F0 et F1 F0 Complexe transmembranaire (Dans la membrane interne) Diffusion des ions H+ F1 Tête sphérique dans la matrice mitochondriale Activité catalytique (ADP → ATP) La chaîne respiratoire L’ATP Synthase (Complexe V) Intervention de deux protéines : Protéine Pic : fait rentrer du phosphate inorganique (Pi) Protéine ANT : expulse 1 ATP et fait rentrer un ADP La chaîne respiratoire Entraînements  La chaîne respiratoire Entraînement La chaîne respiratoire se trouve dans la membrane externe des mitochondries. Vrai ou Faux ?  La chaîne respiratoire Entraînement La chaîne respiratoire se trouve dans la membrane externe des mitochondries. Vrai ou Faux ? Faux : Elle se trouve dans la membrane interne.  La chaîne respiratoire Entraînement L’accepteur final des électrons est H2. Vrai ou Faux ?  La chaîne respiratoire Entraînement L’accepteur final des électrons est H2. Vrai ou Faux ? Faux : C’est l’O2. Avec formation d’eau H2O.  La chaîne respiratoire Entraînement Il existe 5 protéines mobiles dans la chaîne respiratoire. Vrai ou Faux ?  La chaîne respiratoire Entraînement Il existe 5 protéines mobiles dans la chaîne respiratoire. Vrai ou Faux ? Faux : Il en existe 2 (coenzyme Q et cytochrome C). (en revanche il existe bien 5 complexes)  La chaîne respiratoire Entraînement La partie F1 de l’ATP Synthase est celle qui possède l’activité catalytique. Vrai ou Faux ?  La chaîne respiratoire Entraînement La partie F1 de l’ATP Synthase est celle qui possède l’activité catalytique. Vrai ou Faux ? Vrai : Elle permet de transformer l’ADP en ATP grâce à un phosphate inorganique (Pi) Partenariats