Questions de Biochimie (1) PDF

- COURS 1 : - Qu'est-ce que le catabolisme ? Des transformations chimiques de composé carboné permettent de libérer l'énergie potentielle qu’ils contiennent afin qu’elle soit utilisable par la cellule pour du travail. Cette énergie est véhiculée par des transporteurs comme le NADH, FAD...

- COURS 1 : - Qu'est-ce que le catabolisme ? Des transformations chimiques de composé carboné permettent de libérer l'énergie potentielle qu’ils contiennent afin qu’elle soit utilisable par la cellule pour du travail. Cette énergie est véhiculée par des transporteurs comme le NADH, FADH2, NADPH, est stocker par l’ATP et est perdu sous forme de chaleur. - Qu’est-ce-que l’anabolisme ? Transformations chimiques permettant de produire des macromolécules à partir de petite molécules plus simple grâce à l’énergie stocké et disponible de la cellule. Cette énergie est utilisée par utilisation d’ATP (transfert du phosphoryle) et est véhiculer par des transporteurs comme le NADH, FADH2, NADPH. - À quoi correspond 1 kcal ? Correspond à la quantité d’énergie requise pour élever de 1°C la température d’1l d’eau. - De quoi dépend l’oxydation ? La capacité d’une molécule à être oxydée dépend de son état de réduction initiale, déterminer par la structure et nature des groupement fonctionnels. L'oxydation = perte d’e- résultant en la perte de H ou gain de O. Réduction = gain d’e- résultant en le gain de H ou perte de O. - Définissez le métabolite et métabolome ? Un métabolite est une petite molécule (100-500 Da) en permanence produite et consommer dans le métabolisme de la cellule. Le métabolome est l’ensemble des métabolites de la cellule. - Qu'elle est la molécule de monnaie énergétique ? L'adénosine triphosphate (ATP), car cette molécule possède des liaison phosphoanhydride P-O-P qui sont à haut potentiel énergétique car instable. Lors de l’hydrolyse d’ATP c’est le groupement phosphoryle 𝛾 qui est transféré sur l’intermédiaire métabolique.  - Qu'est-ce que qu’un intermédiaire activé ? Le nicotinamide adénine dinucléotide NAD+, capable d’accepter 2 e- sous forme d’ions hydrure pour former du NADH, H+ (oxydation d’alcool et d’aldéhyde). Le nicotinamide adénine dinucléotide phosphate NADP+, capable d’accepter 2e- sous forme d’ions hydrure pour former du NADPH, H+ (voie des pentose phosphates, biosynthèse des AG). La flavine adénine dinucléotide FAD+, capable d’accepter 2e- sous la forme d’ions hydrure pour former du FADH2 (formation de liaisons double). - Qu'elles sont les différents mécanismes de régulation des voies métaboliques ? Le but de la régulation est d’assurer un contrôle du métabolisme rigoureux et flexible suivant les conditions cellulaires. Ce contrôle se fait à différents niveaux : - Modulation de la quantité d’enzyme -> taux de synthèse/dégradation. - Modulation de l’activité catalytique de l’enzyme -> contrôle allostérique, phosphorylation, contrôle hormonale. - Accessibilité du substrat dans la cellule -> transfert entre cytosol et organite, compartimentalisation des voies cataboliques/anaboliques, état énergétique cellulaire. - COURS 2 : bioénergétique. - Qu'est-ce-que la bioénergétique ? C'est l’étude quantitative des flux d’énergie, et l’étude qualitative des processus à l’origine de ces flux énergétique. Ce sont les lois de la thermodynamique qui décrivent les flux énergétiques. - Citez la première loi de la thermodynamique ? La quantité totale d’énergie dans l’univers reste constante même si la forme de l’énergie peut changer. - Citez la deuxième loi de la thermodynamique ? L'entropie totale de l’univers augmente en continu, évolution spontanée vers une augmentation du désordre. - Qu'est-ce-que l’énergie libre de Gibbs ? G (joules/moles ou calories/moles) exprime la quantité d’énergie permettant de réaliser un travail durant une réaction chimique à température et pression constante. Pour qu’un travail puisse se dérouler spontanément il faut que l’énergie potentiel de départ soit supérieure à celle d’arrivé. ΔG = G finale - G initiale -> si ΔG0 alors le processus est non spontané (endergonique). - Formule de l’énergie de Gibbs ? - Qu'est-ce-que l’énergie standard de Gibbs transformer ? C'est sous les conditions physiologiques donc à un pH de 7. - Qu'indique la valeur de ΔG° ? Si la réaction libère ou requiert de l’énergie, la quantité d’énergie impliquée et la proportion de substrats et produits à l’équilibre. - Expliquez la réaction de phosphorylation au niveau du substrat ? Réactions impliquant l’hydrolyse de composé instable avec un ΔG° c’est le réservoir énergétique pour la synthèse d’ATP. - L'acétyl CoA -> par sa liaison thioester très réactive. - Le coenzyme A -> avec son grpmnt SH. - Qu'est-ce que le potentiel redox, donner sa formule ? E° indique la tendance d’un composé à capter des e-, au plus il est grand au plus il capte les e-. - Cours 3 : cycle de Krebs - Où a lieu le cycle de Krebs ? Chez le procaryote il a lieu dans le cytosol et chez les eucaryotes il a lieu dans la mitochondrie, au niveau de la matrice on va retrouver tous les enzymes nécessaires au cycle sauf la succinate déshydrogénase associer à la membrane interne. - Pourquoi également appeler le cycle des acides tricarboxylique ? On y retrouve le citrate et l’isocitrate qui sont des TCA. - Rôles du cycle de Krebs ? Tout d’abord l’oxydation des composés à deux carbones comme l’acétyle CoA ce qui forme 2CO2 et de l’énergie qui est transmise à la chaine respiratoire pour former les 2/3 d’ATP généré par catabolisme. Ensuite, il a un rôle central dans le métabolisme intermédiaire en permettant la formation de précurseurs biosynthétiques et anaplérotiques. Il a donc une rôle amphibolique -> à la fois catabolique et anabolique. - Décrivez le cycle en gros ? Ce cycle est composé de 8 réactions chimiques et il requiert des minéraux et coenzyme comme le NAD+ (provenant de la Vit B3), TPP (provenant de la Vit B1), le coenzyme A (provenant de la Vit B5), le FAD (provenant de la vit B2) et la lipoate. Lors de ce cycle, les 8e- de l’acétyle CoA vont être transféré à 3NAD+ et 1FAD pour former 3NADH et 1FADH2, qui les transmettent ensuite à la chaine respiratoire pour former de l’ATP. Ce cycle permet également la formation d’1 GTP. - Quel est la première réaction du cycle de Krebs ? C'est la formation de citrate (6C) à partir d’OAA (4C) et d’acétyl-CoA (2C) via le citrate synthase. C'est une réaction de condensation spontané (amorce le cycle) -> l’OAA se lie à l’enzyme ce qui entraine un changement de conformation de l’enzyme permettant la création d’un site de liaison à l’acétyle CoA. (!!! Ne pas confondre avec une synthétase qui nécessite des NTP). - Quel est la 2e réaction du cycle de Krebs ? C'est la formation d’isocitrate à partir du citrate via l’aconitase. C'est une réaction d’isomérisation (non spontané/réversible) -> déplace le groupement OH du carbone β au carbone α via le passage d’un intermédiaire le cis-aconitate. - Quel est la 3e réaction du cycle de Krebs ? C'est l’oxydation de l’isocitrate en α-ketoglutarate via l’isocitrate déshydrogénase. C'est une décarboxylation oxydative irréversible -> NAD+ reçoit 2e- sous forme d’ion hydrure, la fonction acide carboxylique du carbone β est éliminé sous forme de CO2 et la fonction alcool du carbone α devient une fonction cétone. - Quel est la 4e réaction du cycle de Krebs ? C'est l’oxydation de l’α-ketoglutarate en succinyl CoA via le complexe α-ketoglutarate déshydrogénase. C'est une réaction de décarboxylation oxydative irréversible -> fonction carboxylique est libérée sous forme de CO2 puis fixation S-CoA et formation de NADH. Énergie d’oxydation est conservé par la liaison thioester former avec le S-CoA. - Quel est la 5e réaction du cycle de Krebs ? C'est la conversion du succinyl CoA en succinate via la succinyl CoA synthétase. L’énergie d’hydrolyse de la liaison thioester est conservée dans la formation de la liaison phosphoryle (à haut potentiel énergétique) de GTP. C'est l’unique réaction de phosphorylation au niveau du substrat du cycle de Krebs. - Quel est la 6e réaction du cycle de Krebs (1e étape) ? C'est l’oxydation du succinate en fumarate via la succinate déshydrogénase et faisant intervenir le FAD -> formation d’une double liaison et de FADH2. - Quel est la 7e réaction du cycle de Krebs (2e étape) ? C'est l’hydratation du fumarate en malate par la fumarase, une enzyme stéréospécifique donc seul le malate et fumarate sert de substrat.  - Quel est la 8 e réaction du cycle de Krebs (3e étape) ? C'est l’oxydation du malate en oxaloacétate par la malate déshydrogénase -> la fonction hydroxyle est convertie en fonction cétone + formation de NADH et H+. C'est une réaction défavorable mais la concentration en OAA est très faible et la réaction qui suit est la première réaction du cycle qui est très favorable donc le cycle est tiré vers l’avant. - Expliquez la structure et le fonctionnement de l’α-ketoglutarate, donnez d’autres enzymes fonctionnant de la même façon ? L'α-ketoglutarate (α-ketoglutarate –> succinyl CoA) fait partit de la famille des déshydrogénases ou l’on retrouve la pyruvate déshydrogénase (PDC/PDH) et la branched-chain α-ketoacid déshydrogénase. Ces enzymes ont la même structure avec trois domaines enzymatiques : - E1 -> portant un grpmnt prosthétique, la thiamine pyrophosphate (TPP), c’est cette partie qui porte la spécificité au substrat. - E2 -> a activité transacétylase, lié à la lipoate portant un grpmnt thiol oxydé et réactif. - E3 -> à activité déshydrogénase lié à FAD. Mécanisme : 1. Le substrat, un α-kétoacide (cétone au Cα et fct carboxylique associé) se lie au TPP de E1 via une liaison entre son carbone partiellement positif et le carbanion de TPP. 2. Le lipoate sur E2 possède une liaison S-S, il va prendre en charge les e- sous forme d’H donc un S devient SH et il prend également en charge le reste du substrat sous forme d’un 3. groupement acétyle via l’autre atome S, entrainant la formation d’un liaison thioester à haut potentiel énergétique. 4. Intervention du coenzyme A qui libère la molécule sous forme de succinyl CoA en réduisant la liaison thioester. Réoxydation du lipoate qui présente deux groupements réduit SH pour revenir à deux S, cette réaction fait intervenir E3 qui prend en charge ces deux atomes d’H pour former du FADH2 (réduit) qui cèdera ces e- au NAD+ (cosubstrat) -> formation de NADH et d’un H+. - Représentez tout le cycle de Krebs ? - Quel est le bilan du cycle de Krebs ? Le bilan énergétique global du cycle est favorable donc le ∆G’° les e- vont se déplacer du complexe avec un E° faible vers ceux avec un E° élevé comme l’O2 (le dernier de la chaine car possède le E° le plus élevé). - Expliquez ce qui se passe au niveau du complexe I ? 1e étape de la PHOSOX se déroulant au niveau du complexe 1, c’est une NADH déshydrogénase qui va catalyser deux réactions simultanément : - Arriver de NADH provenant du cycle de Krebs qui vont céder leurs 2e- vers FMN puis vers le centre FeS puis vers Q pour former du QH2 grâce à 2 H+ provenant de la matrice. - Transfert vectoriel de 4H+ de la matrice vers l’espace intermembranaire -> contribue au gradient électrochimique. - Expliquez ce qui se passe au niveau du complexe II ? 2e étape de la PHOSOX se déroulant au niveau du complexe II, c’est une succinate déshydrogénase qui va recevoir les e- du succinate et les transférer vers FAD pour former du FADH2, puis les e- sont transféré vers des centre FeS puis vers le coenzyme Q. le complexe II ne participe pas directement au gradient électrochimique. Il est à noter que le coenzyme Q reçoit des e- d'autres flavoprotéines : - EFT qui transfert les e- provenant de la dégradation des AG par la β-oxydation depuis la matrice.  - Glycérol 3P déshydrogénase sur la face externe de la membrane interne, transférant les e- provenant du glycérol 3P. - Expliquez ce qui se passe au niveau du complexe III ? 3e étape de la PHOSOX se déroulant au niveau du complexe III, c’est un cytochrome c réductase portant des grpmnt héminique et des centre FeS, il va catalyser le transfert des 2e- de QH2 vers deux cytochromes c car ceux-ci ne peuvent transporter qu’un e- à la fois. C'est le cycle de l’ubiquinone Q. Ce complexe participe au gradient électrochimique en permettant le transfert vectoriel de 4H+ vers l’espace intermembranaire. - Expliquez ce qui se passe au niveau du complexe IV ? 4e étape de la PHOSOX se déroulant au niveau du complexe IV, c’est une cytochrome c oxydase qui va oxyder les deux cytochrome c pour transférer les deux e- vers le cuivre se trouvant au niveau de l’hème A3 (site catalytique). Ensuite se fait le transfert final d’e- vers l’O2 pour former de H2O, la réduction de O2 s’accompagne de la consommation de 2H+. Ce complexe participe au gradient électrochimique en permettant le transfert vectoriel de 2H+ vers l’espace intermembranaire. - Expliquez la structure et le fonctionnement du complexe V ? Structure : - F1 : activité catalytique, exposé vers la matrice et constituer de plusieurs sous unités dont beta permet l’activité catalytique -> existe sous 3 formes : ouverte (libérant l’ATP), tense (à former l’ATP) et lâche (à accommodé les substrat). - F0 : plusieurs sous unités c capable de bouger et donc formant le rotor + canal à H+ avec une portion ouverte vers la matrice et l’autre vers l’espace intermembranaire. - F1 connecter à F0 par le stator. Mécanisme :  1. Passage de H+ de l’espace intermembranaire vers la matrice -> interaction avec les chaines latérales d’aspartate des sous unités c qui est protoné et permet la rotation des su c interagissant avec la partie hydrophobe de la matrice. 2. Chaque rotation met le stator en contact avec une su beta différentes qui va adopter la configuration ouverte et permettre la libération d’ATP dans la matrice. -> une rotation permet de synthétiser 3 ATP. - A quoi sert la navette malate/aspartate et la navette glycérol 3P, expliquez leur fonctionnement ? La membrane interne de la mitochondrie est imperméable à toutes les molécules polaires donc le passage de l’ATP vers le cytosol et la régénération de NADH se feront via la navette malate/aspartate ou la navette glycérol 3P : - La navette malate/aspartate 1. Transfert des e- du NADH vers l’OAA permettant la formation de malate, cette réaction est catalysée par la malate déshydrogénase cytosolique. 2. Translocation du malate dans la matrice via un couplage avec l’α-kétoglutarate. 3. Transfert des e- du malate vers le NAD+, catalysé par la malate déshydrogénase mitochondriale libérant de l’OAA qui sera transformer en aspartate, qui est libéré dans le cytosol grâce à un couplage avec le glutamate. - Navette glycérol 3 phosphate 1. Transfert des e- du NADH sur la dihydroxyacétone phosphate pour former du glycérol 3 phosphate, cette réaction se fait grâce à une glycérol 3 phosphate déshydrogénase cytosolique. 2. Transfert des e- du glycérol 3 phosphate sur le FAD catalysé par le glycérol 3 phosphate déshydrogénase mitochondriale. 3. Transfert des e- du FAD(2H) à Q.  - Donnez d’autres types de transport au travers de la membrane interne mitochondriale ? Adénine nucléotide translocase (ANT) assure l’antiport en permettant l’entré d’ATP dans le cytosol via un couplage avec l’entrée d’ADP dans la matrice. Phosphate translocase qui assure le symport en permettant l’entrée du Pi couplée à l’entrée de H+ dans la matrice !!!! Avec consommation d’1H+. - Quel est le bilan énergétique/ATP de la phosphorylation oxydative ? 1 NADH donne 2 e- au niveau du complexe I ce qui va permettre le transfert vectoriel de 10H+ (4H par le complexe I, 4H par le complexe III et 2H par le complexe IV) -> si 4H+ sont nécessaire à la formation d’1 ATP alors on formera 10/4 = 2,5 ATP. 1 FADH2 donne 2 e- au niveau du complexe II ce qui permet le transfert vectoriel de 6H+ (4H par le complexe III et 2H par le complexe IV) -> si 4H+ sont nécessaire à la formation d’1 ATP alors on formera 6/4 = 1,5 ATP. Pourquoi 4H+ pour former 1 ATP ? Car la synthèse d’ATP fait intervenir le passage de 3H+ de l’espace intermembranaire vers le matrice et l’entrée de 1 Pi dans la matrice avec 1H+ ce qui consomme 1 H+ (phosphate translocase). - Expliquez le couplage du flux d’e-/respiration/synthèse ATP à l’aide d’un graph ? Et lorsqu’on ajoute de l’oligomycine, on a un ralentissement de la réduction de O2 et de la synthèse d’ATP car celle-ci affecte la su F0 de l’ATP synthase. On peut également découpler le flux d’e- et la synthèse d’ATP avec des découpleur chimique comme le DNP qui va permettre de transférer les H+ dans la matrice à la place du complexe V, donc il diminue le gradient électro chimique –> plus de synthèse d’ATP même si la chaine respiratoire continue. Le taux de consommation de O2 est également régulé par l’état énergétique de la cellule donc si la consommation en ATP augmente -> la consommation d’O2, l’oxydation de NADH augmente aussi. - Expliquez le découplage physiologique de la phosphorylation oxydative ? Phénomène de thermogénie permettant de libéré de la chaleur, très important au niveau des graisse brune chez le nv né pour maintenir la température du corps. Les mitochondries possèdent une protéine, la thermogénine ou UCP1 pour uncoupling protéine. Cette protéine forme un canal à H+ au travers de la membrane interne, les protons vont plutôt passer au travers de cette protéine et libéré de l’énergie sous forme de chaleur, ce qui entraine un court-circuit -> les protons ne passent plus par l’ATP synthase, on a découplé la phosphorylation oxydative de la synthèse d’ATP. - Représentez l’ensemble de la chaine oxydative ? - COURS 5 : la glycolyse. - Qu'est-ce que la glycolyse ? Cette voie métabolique à lieu dans le cytosol, elle comporte 10 réaction subdivisée en deux phases : la phase préparatrice lors de laquelle on forme 2 ATP (5 première réactions) et la phase génératrice lors de laquelle on génère 4 ATP et 2 NADH réduit (5 réactions suivante). Il est à noter que tous les intermédiaires du cycle sont des D-isomères et que la plupart sont sous forme phosphorylée pour conserver l’énergie potentiel. Les enzymes du cycle requièrent du Mg2+. - Quel est la 1e réaction de la glycolyse ? C'est la phosphorylation du glucose en glucose 6P via une hexokinase et la consommation d’ATP, une fois convertit en glucose 6P celui-ci ne sort plus de la cellule. -> réaction thermodynamiquement favorable, irréversible. - Quel est la 2e réaction de la glycolyse ? C'est la conversion du glucose 6P en fructose 6P via la phosphoglucose isomérase -> on passe d’un aldose vers un cétose en libérant le carbone anomérique C1 pour une fct hydroxyle indispensable au reste du cycle.  - Quel est la 3e réaction de la glycolyse ? C'est la phosphorylation du fructose 6P en fructose 1,6 biP via la phosphofructo kinase (PFK1) et la consommation d’ATP -> première étape propre à la glycolyse car les glucose 6P et le fructose 6P peuvent être utilisé dans d’autre voies métaboliques. -> réaction thermodynamiquement favorable, irréversible. - Quel est la 4e réaction de la glycolyse ? C'est le clivage du fructose 1,6 biP via une aldolase en deux molécules à 3C et un grpmnt phosphate, la dihydroxyacétone phosphate et le glycéraldéhyde 3P. - Quel est la 5e réaction de la glycolyse ? C'est la conversion du dihydroxyacétone phosphate en glycéraldéhyde 3P via une triose phosphate isomérase -> on a donc 2 glycéraldéhydes 3P. - Quel est la 6e réaction de la glycolyse (marque la phase II) ? C'est l’oxydation des glycéraldéhydes en 1,3 biP glycérate via le glycéraldéhyde 3P déshydrogénase avec un NAD+ et Pi-> fonction aldéhyde devient une fonction carboxylique.  - Quel est la 7e réaction de la glycolyse ? C'est le transfert du grpmnt phosphate du C1 de 1,3 bi phosphoglycérate sur un ADP pour former de l’ATP et du 3 phosphoglycérate (x2) via une phosphoglycérate kinase. C'est une phosphorylation au niveau du substrat. -> irréversible. - Quel est la 8e réaction de la glycolyse ? C'est la conversion du 3 phosphoglycérate en 2 phosphoglycérate par la phosphoglycérate mutase -> grpmnt phosphate passe de C3 sur C2. - Quel est la 9e réaction de la glycolyse ? C'est la déshydratation du 2 phosphoglycérate en phosphoénolpyruvate PEP (x2) par une enolase, le PEP est une molécule à haut potentiel énergétique. - Quel est la 10e réaction de la glycolyse ? C'est le transfert de phosphoryle provenant du phosphoénolpyruvate PEP sur un ADP par la pyruvate kinase pour former 2ATP et 2 pyruvates-> deuxième phosphorylation au niveau du substrat de la glycolyse. -> thermodynamiquement favorable, irréversible. - Représentez toutes les réactions de la glycolyse ? - Quel est le bilan de la glycolyse aérobie ? Dans la glycolyse, à partir d’un glucose on forme 2 pyruvates et 2ATP, on forme également 2 NADH qui vont quitter la mitochondrie par la navette malate/aspartate ce qui mène à la formation de 5 ATP (2x2,5) ou ils quittent la mitochondrie par la navette glycérol 3P dans ce cas-là on à la formation de 3ATP (2x1,5). Ensuite les pyruvates sont convertis en acétyle CoA par la PDC/PDH ce qui mène à la formation de 2 NADH et donc de 5ATP (2x2,5). Ensuite les 2 acétyle CoA subissent le cycle de Krebs qui mène à la formation de 3NADH x2 donc 15ATP (2x3x2,5), de 1FADH2 x2 donc 3ATP (2x1x1,5) et de 1GTP x2 donc 2ATP. -> au total on a entre 30/32 ATP formés. - Quels sont les devenir possible des pyruvates et NADH produit par la glycolyse ? À partir des 2 pyruvates soit on a u processus d’oxydation complet (glycolyse aérobie -> 30/32 ATP) soit on a une fermentation (glycolyse anaérobie), cela dépend de deux facteurs : - La capacité d’oxydation oxydative de la cellule, donc s'il n’y a pas de mitochondrie on n'a pas de phosphorylation oxydative. - Le taux d’O2 dans le tissu sachant que c’est l’accepteur final de la phosphorylation oxydative. Dans la glycolyse aérobie on a une oxydation complète du pyruvate et on régénère le NADH par la chaine respiratoire alors que dans la glycolyse anaérobie on réduit le pyruvate en lactate avec une régénération couplé du NADH. - Expliquez la glycolyse anaérobie, donnez son bilan ? Dans la glycolyse anaérobie, on va avoir une réduction du pyruvate en lactate par la lactate déshydrogénase et du NADH qui cèdent ces e- donc on régénère le NAD+. On retrouve ce type de glycolyse dans les GR où il n’y a pas de mitochondrie, dans les tissus faiblement oxygénés et dans les muscles squelettiques lors d’effort intense nécessitant un apport d’énergie immédiat. La lactate déshydrogénase existe sous deux formes d’isoformes différents : LDH M4 dans les muscles car elle facilite la conversion de pyruvate en lactate et la LDH H4 dans le cœur qui facilite la conversion des lactates en pyruvates. - Expliquez l’effet Warburg ? Dans les cellules tumorales, on va retrouver un métabolisme glycosidique augmenté. En effet, ces cellules vont préférer utiliser la voie de conversion du pyruvate en lactate même en présence d’O2. Cela est dû au fait qu’elles sont souvent peut oxygéner donc en état d’hypoxie ce qui induit la transcription de HIF-1 (hypoxie inductible facteur 1) qui va stimuler la synthèse de : - Transporteur GLUT. - Enzymes glycosidiques. - LDHM dont le rôle est de favoriser la conversion du pyruvate en lactate. - PKD qui phosphoryle la PDH pour l’inactiver -> pas de conversion du pyruvate en acétyl CoA pour le cycle de Krebs il reste disponible pour la LDH. - Quels sont les autres fonctions de la glycolyse ? Le Glucose et les intermédiaires de la glycolyse peuvent servir de précurseurs pour la synthèse d’autres molécules. - Expliquez à quel niveau se fait la régulation de la glycolyse ? La fonction principale de la glycolyse est de synthétiser de l’ATP donc elle est régulée pour maintenir l’homéostasie des niveaux d’ATP cellulaire, elle va être réguler au niveau des enzymes de ses trois réactions irréversibles : - 1e réaction : conversion du glucose en glucose 6P par l’hexokinase. - 3e réaction : phosphorylation du fructose 6P en fructose 1,6 biP par la phosphofructokinase PFK1. - 10e réaction : transfert de phosphoryle du PEP sur un ADP pour former du pyruvate et de l’ATP par la pyruvate kinase. - Expliquez la régulation de l’hexokinase dans la glycolyse ? L'hexokinase est présente sous la forme de 4 isoenzymes : - Hexokinase I/II dans les muscles o Saturé en glucose dans les conditions physiologique. o Sensible à l’inhibition allostérique par son produit le glucose 6P. - Glucokinase (IV) dans le foie : o Non saturé en glucose dans les conditions physiologique. o Non sensible à une inhibition par son produit le glucose 6P. o Non sensible à une élévation des niveaux énergétique.  - Expliquez la régulation de la PFK1 dans la glycolyse ? Elle est inhibée par le Mg, ATP, citrate, anions et activer par l’AMP, le fructose 2,6 biP. - Expliquez la régulation de la pyruvate kinase dans la glycolyse ? La PK existe sous 3 isoformes : - Dans les tissus o Inhibition allostérique par ATP. o Stimulation par 1,6 biP fructose. - Dans le foie on a une régulation hormonale o Présence de glucagon -> déclenche une cascade de signalisation qui va activer la PKA qui va pouvoir phosphoryler PK et l’inactiver (en condition de jeune) - COURS 6 : voie des pentoses phosphate et métabolisme d’autres sucres. - Expliquez le métabolisme du fructose ? Le métabolisme du fructose se fait principalement dans le foie au niveau du cytosol des cellules, mais il peut également avoir lieu au niveau des reins et du muscle. Dans ces tissus, la réaction se fait via une hexokinase et l’hydrolyse d’ATP pour former du fructose 6P et de l’ADP, le fructose est ensuite phosphorylé par la PFK 1 pour former du 1,6 biphosphate fructose et rejoint la glycolyse. Dans le foie le métabolisme du fructose se fait en 4 étapes : 1. Phosphorylation du fructose en fructose 1P via la fructokinase et avec consommation d’ATP. Cette enzyme possède une Vmax élevée donc la phosphorylation se fait rapidement dès l’entrée dans la cellule. 2. Clivage du fructose 1P en dihydroxyacétone phosphate et glycéraldéhyde via l’aldolase B.  3. Conversion du dihydroxyacétone phosphate en glycéraldéhyde 3P par une triose phosphate isomérase -> rejoins la glycolyse. 4. Phosphorylation du glycéraldéhyde pour former du glycéraldéhyde 3P via une triose kinase et la consommation d’ATP -> rejoins la glycolyse. - Représentez en vue d’ensemble le métabolisme du fructose ? - Qu'est-ce qu’entraine une déficience en fructokinase ? C'est dû à un désordre autosomique récessif bénin, nommer la fructosurie essentielle. La première étape du métabolisme du fructose n’est plus possible donc le fructose va être convertit en fructose 6P par une hexokinase et ainsi rejoindre la glycolyse, son métabolisme sera plus lent et l’excédent de fructose sera éliminer par les urines. - Qu'est-ce qu’entraine une déficience en aldolase B ? C'est dû à un désordre autosomique récessif, nommer l’intolérance au fructose héréditaire. Le fructose 1P ne peut plus être convertit en glycéraldéhyde et dihydroxyacétone phosphate (2e étape) on va avoir une accumulation de fructose 1P au niveau des reins, du foie et de l’intestin ce qui entraine des dommages cellulaires qui cause une insuffisance hépatique et rénale. De plus la concentration élevée en fructose 1P inhibe la néoglucogénèse et la glycogénolyse ce qui entraine une hypoglycémie. - Expliquez brièvement la synthèse de fructose par la voie des polyols ? Les polyols sont des sucres riches en fonction alcool que l’on retrouve dans de nombreux tissus, leur métabolisme comprend deux étapes et permet de former du fructose à partir de glucose : 1. Conversion du glucose en sorbitol (polyols) -> réduction de la fonction aldéhyde en fonction alcool avec ajout de groupement OH à chaque C via l’aldose réductase nécessitant du NADPH. 2. Conversion du sorbitol en fructose par le sorbitol déshydrogénase qui converti la fonction alcool en C1 en fonction cétone + formation de NADH. -> la synthèse de fructose par la voie des polyols est une source d’énergie majeur dans les spermatozoïdes et joue également un rôle dans la réaction acrosomique. - Expliquez le métabolisme du galactose ? Le galactose est lui aussi principalement métaboliser au niveau du foie, il provient de l’hydrolyse du lactose. Son métabolisme se déroule en 3 étapes 1. Phosphorylation du galactose en galactose 1° par la glalactokinase et avec consommation d’ATP. 2. Transfert de la liaison 1P, via un galactose 1P uridylyltransferase, sur le glucose amener par l’UDP glucose pour former -> UDP-galactose + glucose 1P. 3. Conversion de l’UDP-galactose en UDP-glucose via une UDP épimérase. - Qu’est-ce qui cause une galactosémie ? Une galactosémie est dû à un dysfonctionnement du métabolisme du galactose, ce défaut est lié à un de ces 3 enzymes : - Déficience en galactokinase donc accumulation de galactose dans le sang et les urines ce qui entraine des cataractes chez les nv né. - Déficience en épimérase (peu sévère). - Déficience en uridylyltransférase ce qui entraine une accumulation de galactose 1P dans le sang et les urines causant des problèmes de croissance, des déficiences mentales et des dommages hépatique. - À quoi est dû une intolérance au lactose ? L’intolérance au lactose peut résulter d’une cause primaire comme une déficience en production de lactase (congénitale) ou secondaire comme une lésion intestinale. Le lactose sera donc métabolisé par les bactéries de la flore intestinale ce qui mène à la production d’acide lactique qui cause les diarrhées par effet osmotique. - Expliquez la composante oxydative de la voie des pentoses phosphates ? La voie des pentose phosphates à lieu dans le cytosol, et est liée à la glycolyse via le glucose 6P, elle consiste en deux composantes : oxydatives non réversible et non-oxydatives réversible. Voie oxydative :  1. Conversion du glucose 6P en 6 phosphoglucono-δ -lactone par le glucose 6P déshydrogénase -> oxydation de la fonction alcool en fonction cétone avec transfert des équivalent réduit pour former du NADPH et H+. 2. Conversion du 6-Phosphoglucono-δ-lactone en 6-Phosphogluconate par la lactonase -> hydratation du C5 pour former une fonction alcool. 3. Conversion du 6-Phosphogluconate en D-ribulose 5-Posphate par la 6-Phosphogluconate déshydrogénase -> oxydation de C3 pour passer d’une fonction alcool à une fonction cétone et on décarboxyle C1 en CO2. - Quel est le devenir du NADPH ? Le NADPH former en majorité par la voie des pentose phosphates va servir : - D’agent réducteur pour la synthèse des AG. - De substrat à la glutathion réductase dont le rôle est de contrôler le stress oxydatif de la cellule en maintenant la grande concentration en glutathion. - Expliquez le contrôle du stress oxydatif dans les mitochondries ? Le glutathion est un tripeptide former d’un glutamate, une cystéine et une glycine donc grâce à la liaison SH de la cystéine il peut fournir l’énergie nécessaire pour réduire des composés oxydés toxique. Par exemple, au niveau de la matrice mitochondrial, on va retrouver des e- perdu dans la chaine respiratoire, ceux-ci peuvent interagir avec l’O2 pour former des superoxyde comme le H2O2. Ces superoxyde toxiques pour la cellule sont neutralisé en H2O par l’oxydation du glutathion qui est ensuite réduit par le glutathion réductase en présence de NADPH (voie des pentoses phosphates) pour être recycler. - Quel est le devenir du D-ribulose 5 ? Le ribulose 5P va être convertit en xylulose 5P par la ribose 5P isomérase -> inversion du grpmnt OH en C3 ou on va convertit le ribulose 5P en ribose 5P par la phosphopentose isomérase -> fonction alcool en C1 devient une fonction aldéhyde et fonction cétone en C2 devient une fonction alcool. - Expliquez la composante non oxydative de la voie des pentoses phosphate ? Cette composante permet le recyclage des pentoses en glucose 6P (6 C5-P -> 5 C6-P donc 30C en jeu) via diverse réaction impliquant deux enzymes : - Transketolase -> permettant de réaliser des réactions de transfert de deux atomes de carbone d’un composé donneur cétonique vers un récepteur de type aldose : o Xylulose 5P + ribose 5P -> glycéraldéhyde 3P + sedoheptulose 7P o Xylulose 5P + érythrose 4P -> glycéraldéhyde 3P + fructose 6P  - Transaldolase -> permettant de réaliser une réaction de transfert de 3C : o Glycéraldéhyde 3P + sedoheptulose 7P -> érythrose 4P + fructose 6P - Expliquez la régulation de la voie des pentoses phosphate ? Cette voie métabolique est régulée par le niveau énergétique de la cellule sous forme de NADPH : - Lorsque les niveaux de NADP+ augmentent (besoin d’E) cela stimule l’activité de la G6PDH/glucose 6P déshydrogénase, responsable de la 1e réaction de la voie permettant de former le 6 phosphoglucono-lactone -> on augmente le flux vers la voie. - Lorsque les niveaux de NADP+ diminue (plus besoin d’E) cela ralentit la voie et le flux de glucose va vers la glycolyse. -> selon les besoins cellulaires, le glucose 6P aura différents devenir dans la voie des pentoses phosphates : - Qu’est-ce qu’entraine un dysfonctionnement de la voie des pentose phosphate ? Une déficience en glucose 6P déshydrogénase entraine un dysfonctionnement de la voie des pentose phosphate. En effet, la première réaction de la voie oxydative devient impossible, on ne convertit plus le glucose 6P en 6 phosphoglucono-δ -lactone. En générale cette déficience est asymptomatique mais en cas d’exposition à un stress oxydatif supplémentaire on entraine un défaut de régénération du système GSH, une accumulation de ROS et la lyse des GR ce qui cause une anémie. Il existe une forme mutée de la glucose 6P déshydrogénase qui permet de conférer une meilleure résistance contre le paludisme car ce parasite est sensible au stress oxydatif. - COURS 7 : néoglucogénèse. - Qu'est-ce-que la néoglucogénèse ? Cette voie métabolique permet la synthèse de nouveau glucose à partir d’autres composés. Chez le mammifère elle a lieu principalement dans le foie, de plus chez les ruminants et carnivores strict il y a peu de glycogène hépatique et l’apport glucidique alimentaire est faible donc la production de glucose est continue. La néoglucogénèse à lieu dans le cytosol, la mitochondrie et le RE -> elle comporte 11 réactions dont 7 sont commune avec la glycolyse (réaction réversible) et 4 sont spécifiques (1 avec ces deux étapes, 8 et 10). Les conditions d’inductions de la néoglucogénèse sont : jeûne, exercices prolongé, condition de stress. - Quels sont les principaux précurseurs de la néoglucogénèse ?  Lactate, pyruvate, alanine, glycérol. !!! Les acides gras avec un nombre de carbone pairs et l’acétyle CoA n’ont pas de contribution. - Quel est la 1e réaction de la néoglucogénèse ? C'est la conversion du pyruvate en Phosphoénolpyruvate (PEP) en 2 étapes dans la mitochondrie (spontané) : 1. Carboxylation du pyruvate par le pyruvate carboxylase pour former de l’OAA avec consommation de 2 ATP. 2. Conversion de l’OAA en phosphoénolpyruvate par la PEP carboxykinase avec consommation de deux GTP. Remarque : il y a deux pools de PEP carboxykinase dans la cellule hépatique, la mitochondriale où le PEP est transporté dans le cytosol et la cytosolique où les équivalents réduit sont transportés de la mitochondrie vers le cytosol par le système malate/aspartate. - Quel est la 2e étape de la néoglucogénèse ? C’est la conversion du phosphoénolpyruvate (PEP) en 2 phosphoglycérate par l’énolase cytosolique - > double liaison saturée par la molécule d’H2O. - Quel est la 3e étape de la néoglucogénèse ? Déplacement du groupement phosphate sur le C2 vers le C3 pour former du 3phosphoglycérate par la phosphoglycérate mutase.  - Quel est la 4e étape de la néoglucogénèse ? Formation de 1,3 bi phosphoglycérate (haut potentiel énergétique) par la phosphoglycérate kinase à partir de 3 phosphoglycérate et d’ATP. - Quel est la 5e étape de la néoglucogénèse ? Conversion du 1,3 bi phosphoglycérate en glycéraldéhyde 3P + Pi par le glycéraldéhyde 3P déshydrogénase, cette réaction nécessite du NADH pour réduire la fonction carboxylique en aldéhyde et libéré le grpmnt phosphate. - Quel est la 6e étape de la néoglucogénèse ? Conversion du glycéraldéhyde 3P en dihydroxyacétone phosphate par la triose isomérase.  - Quel est la 7e étape de la néoglucogénèse ? Condensation de la dihydroxyacétone et du glycéraldéhyde 3P en fructose 1,6 biphosphate par une fructose 1,6 biphosphate aldolase. - Quel est la 8e étape de la néoglucogénèse ? Conversion du fructose 1,6 biphosphate (+H2O) par le fructose 1,6 bi phosphatase en fructose 6P + Pi, réaction spontanée. - Quel est la 9e étape de la néoglucogénèse ? Conversion du fructose 6P en glucose 6P par la phosphoglucose isomérase -> transformation de la fonction hydroxyle sur C1 et de la fonction cétone dur C2 en fonction aldéhyde. - Quel est la 10e étape de la néoglucogénèse ? Conversion du glucose 6P en glucose par le glucose 6 phosphatase présente dans le RE avec son site catalytique orienté vers la lumière du RE. Réaction spontanée.  - Représentez la néoglucogénèse en vue d’ensemble ? - Quel est le bilan énergétique de la néoglucogénèse ? - Expliquez la régulation coordonnée de la néoglucogénèse ? Si les deux voies sont actives en même temps au sein de la même cellule alors le bilan et nul et on perd de l’énergie sous forme de chaleur (consommation à perte). On va donc avoir la mise en place d’une régulation coordonné des deux voies. Les facteurs orientant le flux de carbone du pyruvate vers le glucose, donc favorisant la néoglucogénèse sont : - La disponibilité des substrats provenant des tissus périphériques vers le foie. o Lactate provenant des muscles et GR par le cycle de CORI.  o Glycérol provenant des tissus adipeux en présence d’une grande concentration en glucagon, hormone de stress ou en faible concentration en insuline. o Aa provenant du muscle lorsque les niveaux de cortisol sont élevés ou les niveaux d’insuline sont faible. - Modification de la quantité ou de l’activité catalytique des enzymes clés de la voie par une phosphorylation elle-même réguler de façon hormonale. - Expliquez la régulation du devenir du pyruvate dans la néoglucogénèse ? Devenir du pyruvate en condition de jeune -> niveau d’insuline bas et de glucagon élevé : - Pyruvate kinase -> inhiber par phosphorylation en présence d’AG, acétyl CoA, ATP donc la conversion de PEP en pyruvate est limitée. - PDH -> mobilisation des stock lipide par beta oxydation, la concentration d’acétyl CoA et NADH augmente -> inhibition de la PDH -> conversion du pyruvate en acétyl CoA limitée. - Pyruvate carboxylase -> beta oxydation libère de l’acétyl CoA qui stimule la PC -> conversion du pyruvate en OAA augmenter. - PEP carboxykinase -> en présence de glucagon son expression est induite et son activité augmenter -> conversion de l’OAA en PEP augmenter. - Expliquez la régulation de la fructose bi Phosphatase 1 (FBPase1) ? La FBPase 1 est réguler de manière opposée à la PFK1 (phosphofructo kinase 1) pour que la glycolyse ne soit pas active en même temps que la néoglucogénèse. - Inhibition allostérique par l’AMP et fructose 2,6 biphosphate (effet opposé sur PFK1). Le fructose 2,6 biphosphate est un composé former par la PFK2/FBPase2, c’est une enzyme bifonctionnelle qui va posséder deux sites catalytiques sur deux domaines bien séparés : - Domaine kinase en N terminale permettant la phosphorylation -> convertit le fructose 6p en fructose 2,6 biphosphate. - Domaine phosphatase en C terminale permettant la déphosphorylation -> convertit le fructose 2,6 biphosphate en fructose 6P. En présence de glucagon donc à jeun, on active une voie de signalisation qui augmente la concentration en AMPc et permet l’activation de la PKA, celle-ci va phosphoryler la sérine présente dans le domaine kinase pour inactiver ce domaine -> on ne phosphoryle plus le fructose 6P mais l’activité de déphosphorylation continue ce qui inhibe la glycolyse et stimule la néoglucogénèse. En présence d’insuline donc après un repas, on active une voie de signalisation qui va stimuler une protéine phosphatase, celle-ci va déphosphoryler la sérine présente dans le domaine kinase pour permettre son activation et en même temps l’inactivation du domaine phosphatase -> on ne déphosphoryle plus le fructose 2,6 biphosphate donc la glycolyse est stimulée et la néoglucogénèse est inhiber.  - Expliquez la régulation du glucose 6 phosphate ? En présence de glucagon donc à jeun, on induit l’expression de la glucose 6 phosphatase et on diminue l’activité de la glucokinase -> on favorise la conversion de glucose 6P en glucose donc on favorise la néoglucogénèse. - COURS 8 : β-oxydation - Quels sont les fonctions biologiques des lipides ? Les lipides représentent environ 30% de l’énergie apporté par l’alimentation. Ils sont très importants pour le métabolisme car ils ont plusieurs fonctions biologiques : - Rôle d’isolant thermique et contre les chocs. - Rôle structurale car composant des membranes cellulaire, des phospholipides, des glycolipides et du cholestérol. - Rôle dans la signalisation cellulaire. - Rôle énergétique immédiate par les AG ou stockage énergétique majeur de l’organisme sous forme de TAG. - Donnez la structure d’un AG et leur nomenclature ? Les AG sont formés d’une longue chaine carbonée impaire/paire ou brancher/linéaire se terminant par un groupement carboxyle.  Le premier carbone après la fonction carboxyle est le carbone α, ensuite c’est le carbone β, le carbone avant le groupement méthyle est le carbone 𝜔. - D’où viennent les AG exogènes ? Les AG sont apportées par l’alimentation, idéalement entre 80-100 g/j de TAG. Un triacylglycérol est composé d’un glycérol relier à trois AG différent ou non par des liaisons ester. Les sels biliaires sont des composés amphipatiques qui permettent d’émulsifier les TAG en formant des micelles qui rendent les molécules plus accessibles à l’hydrolyse par une lipase/colipase pour former un AG + 2 monoacylglycérols qui pourront être absorber par les entérocytes. Ensuite on réforme des TAG qui s’empaquette dans des lipoprotéines pour former des chylomicrons qui vont être transporter dans le système lymphatique puis sanguin. - D’où viennent les AG endogènes ? Les AG sont d’origine hépatique, ils vont y former des TAG qui seront empaqueter dans des lipoprotéines appeler VLDL (very low density lipoprotéine) avant de rejoindre la circulation sanguine. - Quel est le rôle de LPL ? La lipoprotéine lipase est présente à la surface des cellules endothéliales des capillaires sanguin, elle est activée par ApoCII présent sur les chylomicrons et les VLDL. Cet enzyme permet de libéré les AG et le glycérol, les AG vont pouvoir entrer dans la cellule -> muscle pour oxydation ou adipocyte pour ré-estérification et le glycérol va retourner dans le foie ou il va être phosphoryler par la glycérol kinase puis oxyder par le glycérol 3P déshydrogénase pour former du dihydroxyacétone phosphate utilisé dans la néoglucogénèse ou la glycolyse.  - Comment se fait la mobilisation des TAG des stocks du tissus adipeux ? On va mobiliser les TAG et donc activer la lipolyse en période post-absorptive lorsque la concentration en glucagon est élevé et celle en insuline est faible ou lors d’effort physique intense. Lorsque l’on n'a pas besoin de TAG, la périlipine non phosphorylée recouvre la surface des gouttelettes lipidique de l’adipocyte pour leur protection. Lors de la phase post-absorptive donc dans les conditions stimulant la lipolyse, il se passe : 1. Glucagon/adrénaline se lient à leur récepteurs spécifique GPCR présent à la surface de l’adipocyte. 2. Activation d’une cascade de signalisation qui va augmenter la concentration d’AMPc ce qui active la PKA. 3. Phosphorylation de la périlipine qui se déplace et expose la surface de la gouttelette lipidique des adipocytes. 4. Phosphorylation de la HSL (hormone sensitive lipase) qui s’active et va se transloquer à la surface de la gouttelette lipidique libéré de la périlipine pour initier l’hydrolyse des TAG et libéré les AG non estérifié dans la circulation sanguine. 5. + intervention de lipase ATGL et MGL non soumise à une régulation hormonale comme la HSL. - Expliquez l’activation des AG ? Réaction catalysée par l’acyl CoA synthétase -> Chez l’humain il existe une vingtaine de gènes codant pour des acyl CoA synthétase, elles sont spécifiques au substrat et à leur localisation. Cette réaction se fait en deux étapes : 1. Formation d’une liaison à haut potentiel énergétique par interaction entre la fonction carboxylique de l’AG et l’ATP ce qui mène à la formation acyl-AMP et libère du pyrophosphate. 2. Le coenzyme A grâce à son groupement SH va attaquer le carbonyle pour former une liaison thioester à haut potentiel énergétique et libéré l’AMP -> formation d’acyl CoA. -> c’est une réaction favorable thermodynamiquement favorable et en plus elle est favorisée par l’hydrolyse du pyrophosphate en 2 Pi via la pyrophosphatase inorganique.  - Expliquez l’entrée des AG dans la mitochondrie ? Pour les AG de plus de 12 carbones il faut l’intervention d’un transporteur pour permettre le passage dans la mitochondrie. Ce transporteur c’et la carnitine qui permet la réaction : La carnitine est synthétisée à partir de lysine et est stocker dans les muscles squelettiques. 1. Acyl CoA s’associe à la carnitine pour former du acyl carnitine en libérant le CoA. 2. Passage au travers de la membrane interne via un acyl carnitine translocase. 3. Une fois dans la matrice, action d’une carnitine acyl transférase qui va libérer l’acyl de la carnitine. 4. La carnitine retourne vers l’espace intermembranaire pour prendre en charge d’autre acyl- CoA. 5. L'acyl dans la matrice interagit avec le CoA-SH qui y est présent pour former de l’acyl CoA qui sera ensuite utilisé pour la β-oxydation. - Expliquez le mécanisme de la β-oxydation ? Consiste en 4 étapes répétées successivement, chaque tour permet de libéré deux atomes de carbones sous la forme d’une molécule d’acétyl-CoA -> le nombre de tour correspond au nombre de carbone de l’AG/2 -1. Par exemple, l’acide palmitique à 16 carbones donc on à 16/2-1 = 7 cycles. 1. Conversion de l’acyl CoA en enoyl CoA par une Acyl CoA Déshydrogénase utilisant le FAD comme groupe prosthétique -> oxydation menant à la formation d’une double liaison entre le carbone β et α, avec les H en position trans. Le FADH2 former transfert les e- à la chaine respiratoire. -> les réactions suivantes donc 2,3 et 4 seront catalysée par une tri functionel protein/enzyme (TFP/E). C'est un complexe associer à la membrane interne mitochondriale qui va réaliser 3 réactions : hydratation, oxydation et clivage. Ceci permet de limiter la perte car le substrat reste à disposition. 2. Conversion de l’enoyl CoA en β-hydroxy acyl CoA par une enoyl CoA hydratase -> saturation de l’AG avec une fonction OH sur le carbone β. 3. Conversion du β-hydroxy acyl CoA en β-keto acyl CoA par une hydroxy acyl CoA déshydrogénase -> oxydation permettant la conversion de la fonction hydroxyle en fonction cétone et réduction du NAD+ en NADH + H. 4. Clivage du β-keto acyl CoA en acyl CoA + acétyle CoA par une acyl CoA acétyle transférase (thiolase) -> clivage entre le carbone alpha et beta sous l'effet de la thiolase avec intervention du coenzyme A qui va maintenir un niveau d'activation de la molécule sous la forme d'une liaison thioester.  - Par quoi est catalysé les réactions 2,3,4 de la β-oxydation ? Les réactions suivantes donc 2,3 et 4 seront catalysée par une tri functionel protein/enzyme (TFP/E). C'est un complexe associer à la membrane interne mitochondriale qui va réaliser 3 réactions : hydratation, oxydation et clivage. Ceci permet de limiter la perte car le substrat reste à disposition. - Quel est le bilan énergétique de la β-oxydation ? Si on prend l’acide palmitique, on a 16 C donc 7 cycles sachant qu’on libère 2C par cycle sous forme d’acétyle CoA -> on libèrera 8 acétyles CoA et 7FADH2 + 7NADH + 7H. Ensuite on sait que 1 NADH permet de former 2,5 ATP et que 1 FADH permet de former 1,5 ATP et que 1 acétyle CoA permet de former 10 ATP donc : - Expliquez le mécanisme d’oxydation des AG à chaine moyenne (MCFA) ? Les AG à chaine moyenne sont plus solubles que les AG à chaine longue, ils n’ont donc pas besoin du système carnitine pour entrer dans la matrice mitochondriale. Comme pour les AG à chaine longue, ils s’activent sous forme de MCFA acyl CoA ce qui nécessite deux liaisons à haut potentiel énergétique. La β-oxydation se fait dans la matrice mais via des enzymes solubles contrairement au LCFA. (Même méthode pour calculer le bilan) - Expliquez la régulation de la β-oxydation ? La β-oxydation est réguler par les besoins énergétiques de la cellule donc le rapport ATP/ADP et NADH/NAD+ et les AG ne peuvent être oxyder plus vite que les coenzymes réduit dans la chaine respiratoire. - Inhibition de la β-hydroxy acyl CoA déshydrogénase (3e réaction) par un rapport NADH/NAD+ élevé. - Inhibition de la thiolase (4e réaction) par une concentration en acétyl CoA élevé. La β-oxydation est également régulée au niveau de l’entrée des LCFA dans la mitochondrie, en effet la Carnitine Transférase 1 est inhiber par la malonyl CoA, premier intermédiaire cytosolique dans la biosynthèse des AG. Donc dans le foie, si concentration en 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. - Qu'est-ce qu’entraine une déficience en carnitine ? Cela entraine un blocage de l’entrée des AG dans la mitochondrie, ils vont donc s’accumuler dans le muscle et entrainer une faiblesse musculaire, hypoglycémie, cardiomyopathie. - Qu'est-ce qu’entraine une déficience en enzymes nécessaire à la β-oxydation ? En cas de déficience en MTP -> on ne peut plus oxyder les LCFA. En cas de déficience en MCAD (médium chaine Acyl CoA déshydrogénase) -> incapacité à oxyder les MCFA. En cas d’ingestion de fruit vert AKI, on inhibe l’activité de l’acyl CoA déshydrogénase des MCFA et SCFA par l’hypoglycine contenue dans le fruit -> hypoglycémie sévère, accumulation d’acides dicarboxylique dans les urines. - COURS 9 : oxydation d’autre AG et corps cétoniques - Expliquez le mécanisme d’oxydation des AG avec une chaine carboné impaire ? Ces AG proviennent des plantes, produit laitier, … 1. Activation sous forme d’un fatty acyl CoA (ATP-dépendante). 2. Entrée dans la mitochondrie par le système Carnitine. 3. β-oxydation libérant 2C par tour sous forme d’acétyle CoA. 4. Dernière molécule libéré n’est pas un acétyle CoA mais un proprionyl CoA à 3C qui va être convertit en succinyl CoA pour rejoindre les intermédiaires du cycle de Krebs. -> la conversion du proprionyl CoA en succinyl CoA se fait en 3 étapes successives : - 1e étape : carboxylation par la proprionyl CoA carboxylase via un atome de carbone sous la forme de HCO3- + consommation d’ATP et présence de biotine nécessaire -> formation de D-méthyl malonyl CoA. - 2e étape : conversion du D-méthyl malonyl CoA en L- méthyl malonyl CoA par une méthyl malonyl CoA épimérase -> inversion de la stéréochimie du carbone α. - 3e étape : conversion du L-méthyl malonyl CoA en succinyl CoA par une méthyl malonyl CoA mutase -> déplacement du groupement CoA-S- sur le carbone β.  - Expliquez le mécanisme d’oxydation des AG insaturé ? Environ 50% des AG sont insaturés et en générale la double liaison est en conformation CIS ce qui n’est pas reconnu par l’enoyl CoA hydratase assurant la 2e réaction de la β-oxydation. Donc l’oxydation des AG insaturés va nécessiter deux enzymes supplémentaires : 1. ∆3, ∆2-enoyl CoA isomérase -> catalysant la conversion de CIS/TRANS Δ3 en TRANS Δ2. 2. Dienoyl CoA réductase (NADPH-dépendante) catalysant la conversion trans-∆2, cis-∆4 en trans-∆3 -> uniquement pour les AG polyinsaturé, permet de recruter ensuite l’∆3, ∆2-enoyl CoA isomérase. - Quels sont les deux voies alternatives à la β-oxydation mitochondriale ? Dans le peroxysome va se faire la β-oxydation des VLCFA (>20C) et l’α-oxydation des acide gras branché. Cela représente 5-30% de l’oxydation totale des AG dans le foie. Cette voie n’est pas régulée, en effet elle va fonctionner dès qu’il y a du substrat. Les microsomes présents dans le foie et les reins vont permettre l’𝜔 -oxydation qui permet d’oxyder les VLCFA en composé plus solubles, celle-ci augmente si la β-oxydation est déficiente. Cette voie n’est pas régulée. - Expliquez le mécanisme d’oxydation des VLCFA ? 1. Activation des acyl CoA par les acyl CoA synthétase spécifique aux VLCFA situé à la membrane -> génère des VLCFA acyl CoA. 2. Transport des acyl CoA dans les péroxysomes de façon carnitine-indépendante.  3. Oxydation en 4 étapes jusqu’au stade 8C -> similaire à la β-oxydation des LCFA mais la réaction 1 ne génère pas d’ATP, les réaction 2/3/4 ont des enzymes codés par des gènes différents et à chaque tour on va produire 1 NADH, 1 H2O2 et 1 acétyle CoA. a. Oxydation par une déshydrogénation via FAD pour former du FADH2 puis transfert des e- à l’O2 et formation de H2O2 qui sert de substrat à la catalase qui forme -> H2O + ½ O2. b. Hydratation. c. Oxydation par déshydrogénation via NAD+ pour former du NADH + H. d. Thiolase. 4. Formation d’acétyle-carnitine et de SCF acyl-carnitine/MCF acyl-carnitine qui son transporté hors du péroxysome puis dans la matrice mitochondriale. 5. Oxydation ultérieure des SCFA/MCFA par la β-oxydation et oxydation de l’acétyle CoA dans le cycle de Krebs/OXPHOS. - Expliquez le mécanisme d’α-oxydation des AG branché ? Ces AG proviennent des plantes, plus particulièrement ce sont les produits de dégradation de la chlorophylle. Le carbone β de ces AG possèdent un groupement méthyl ce qui rend la β-oxydation impossible. 1. Activation en phytanoyl CoA. 2. Ajout d’une fonction hydroxyle au carbone α par la phytanol CoA hydroxylase. 3. Oxydation libérant un carbone sous forme de CO2 et formant une fonction aldéhyde par la hydroxy phytanoyl CoA lyase. 4. Oxydation en fonction carboxylique par l’aldéhyde déshydrogénase et le groupement méthyl se met en position alpha -> β-oxydation possible. Lors de la β-oxydation, à chaque tour de spirale on va libérer de façon alternée d’abord un acétyle CoA puis un propionyl CoA et en dernier lieu de l’isobutyryl CoA. Lorsque la chaîne atteint une taille de ~ 8C (MCFA), Le reste de l’oxydation se poursuivra dans la mitochondrie. - Quels sont les dysfonctionnements possibles de l’oxydation des AG dans les péroxysomes ? - Syndrome de Zellweger -> maladie autosomale récessive affectant les gènes codant pour les péroxysomes. On est donc incapable de métaboliser les VLCFA qui s’accumule dans le sang ce qui est toxique pour le cerveau et le foie principalement. - Adréno leuco dystrophie -> mutation liée à X récessive entrainant une déficience en transporteur de VLCFA dans le peroxysome ce qui cause une incapacité à métaboliser les VLCFA qui s’accumule dans le sang. - Maladie de Refsum -> déficience en phytanoyl CoA hydroxylase (α-oxydation) entrainant une incapacité à métabolise les AG branché, accumulation sanguine d’acide phytanique ce qui entraine des problèmes neurologiques. - Expliquez l’𝜔 -oxydation des AG ?  - Que sont les généralités sur les corps cétoniques ? Les corps cétoniques sont produits dans la matrice mitochondriale des cellules du foie. Les CC sont produits en condition de jeune prolongé qui entraine l’oxydation des AG présent dans le tissu adipeux pour former de l’acétyle CoA qui va permettre la synthèse de CC. Ils sont également produits chez les personnes atteintes de diabète de type 1. - Expliquez le mécanisme de biosynthèse des corps cétoniques ? 1. Condensation de 2 acétyles CoA en acétoacétyle CoA par la thiolase. C'est une réaction réversible, on favorise la condensation plutôt que le clivage en condition de jeune donc si [acétyle CoA] est élevée. 2. Formation de l’HMG CoA par la HMG CoA synthase. 3. Formation de l’acétoacétate par la HMG CoA lyase. Enzyme uniquement présente dans la matrice mitochondriale. 4. Formation de L’acétone et du D-β-hydroxybutyrate.  - Expliquez le mécanisme d’oxydation des corps cétonique ? - Que deviennent les corps cétoniques ? Les CC former dans le foie vont entrer dans la circulation sanguine et après deux trois jours de jeunes ils atteignent une concentration assez importante pour pouvoir entrer dans les cellules ou ils subiront une oxydation extra-hépatique afin de former de l’acétyle CoA qui va rejoindre le cycle de Krebs/OXPHOS. - Quel est le bilan énergétique de l’oxydation des corps cétoniques ? - Expliquez la régulation de l’oxydation des corps cétoniques ?  - COURS 10 : biosynthèse des AG et du cholestérol. - Quand et où sont produits les AG, quel est la particularité chez les ruminants ? Les AG sont produits en cas d’excès de calories provenant de la diète, la source de carbone vient du glucose en majorité mais également des aa. Les AG sont produits principalement dans le foie et un peu dans les tissus adipeux. Chez les ruminants, les AG sont formées dans les glandes mammaires, le tissu adipeux et en faible proportion dans le foie sauf si l’alimentation est riche en amidon. - Quels sont les similitudes et différences entre la β-oxydation et la biosynthèse des AG ? - 1e réaction ; formation de malonyl CoA à partir d’acétyl CoA par l’acétyl CoA carboxylase et utilisation d’ATP. - 2e, 3e et 4e réaction assurée par la FAS (voir plus loin). DIFFERENCES Β-oxydation Biosynthèse des AG Voie Catabolique Anabolique Lieu Mitochondrie Cytosol 1e réaction Catalysé par l’acyl CoA Catalyser par l’acétyl CoA déshydrogénase. carboxylase. 2/3/4e réaction Catalysé par le complexe MTP. Catalysé par le complexe FAS. Coenzymes FAD/FADH2 NADPH/NADP NAD/NADH Composé précurseurs Intermédiaire / Malonyl CoA - D’où proviennent les précurseurs biosynthétiques notamment l’acétyl CoA cytosolique, quelles conditions favorise la synthèse des AG ? Dans les conditions absorptive, l’insuline en concentration élevé stimule la PDH -> augmentation de la concentration en acétyl CoA qui va stimuler la PC -> augmentation de la synthèse d’OAA et donc de citrate (cycle de Krebs). Le citrate s’accumule dans la mitochondrie car les niveaux énergétiques sont élevés et inhibe l’isocitrate déshydrogénase. De plus le citrate inhibe la PFK1 -> inhibe la glycolyse, le flux de carbone de l’oxydation redirigé vers le stockage dans les hépatocytes. L’acétyl CoA mitochondriale reste dans la matrice mais le citrate va passer vers le cytosol ou il sera clivé en acétyl CoA et OAA par le citrate lyase. L'OAA est convertit en pyruvate en deux étapes, cela permet de produire du NADPH qui sera utilisé pour la synthèse des AG (provient également de la voie des pentoses phosphates). - Réactions permettant du former du pyruvate à partir d’OAA ?  - Expliquez la régulation hormonale de la provenance des précurseurs de la biosynthèse des AG ? Dans les conditions absorptives, la concentration en insuline est élevé et va permettre d’induire l’expression de : - PDH -> concentration en acétyl CoA augmente. - Citrate lyase -> clive le citrate en acétyl CoA et OAA dans le cytosol. - Malic enzyme -> convertit l’OAA en pyruvate avec formation de NADPH. Cela a pour conséquence d’augmenter la concentration en acétyl CoA cytosolique et de former un excès de NADPH -> ce sont les conditions favorables à la formation des AG. - Expliquez comment se forme le malonyl CoA ? La formation de l’intermédiaire malonyl CoA est la 1e réaction de la synthèse des AG, c’est une réaction irréversible, limitante de la voie et donc très régulé. L'acétyl CoA est convertit en malonyl par l’acétyl CoA carboxylase avec consommation d’ATP, de CO2 et en présence de biotine. Cette enzyme fonctionne comme la PC. - Qu'est-ce-que la FAS, expliquez sont fonctionnement ? La fatty acide synthase est un complexe enzymatique très conservé. Cette enzyme va réaliser les réaction 2/3/4 de la biosynthèse de AG., chez les bactéries c’est un assemblage de 6 polypeptides dont chacun à une activité enzymatique, chez les levures les 6 activités enzymatiques sont sur deux polypeptides. Chez les vertébrés, le complexe comprend :  - 1 polypeptides avec différents domaines pour les 6 activités enzymatiques. - 1 segment ACP (acyl carrier protein), c’est le bras mobile du complexe. À son extrémité on retrouve un grpmnt SH (provenant du CoASH) qui va établir des liaisons thioester avec les AG en cours de formation. - Le domaine β-keto acyl ACP synthase possède également un grpmnt SH mais provenant d’une cystéine. Mécanisme : 1. Activation des substrats : fixation de l’acétyl CoA sur le domaine KS par l’acétyl CoA transacétylase et fixation du malonyl CoA sur l’ACP par le malonyl CoA transacétylase. 2. Condensation avec décarboxylation pour former du b-ketobutyryl-ACP par la b-ketoacyl-ACP synthase. 3. Réduction pour former du b-hydroxybutyryl-ACP par la b-ketoacyl-ACP réductase. 4. Déshydratation pour former du trans butenol-ACP par la b-hydroxyacyl-ACP déshydratase. 5. Réduction pour former du butyryl-ACP par l’enoyl ACP réductase avec libération de NADP+. 6. Transfert du butyryl ACP vers le domaine KS. 7. Séquence permet d’ajouté 2C -> se répète 7x pour C16. 8. Hydrolyse pour libérer l’AG. - Quel est le bilan de la biosynthèse des AG ? - Quel est le rôle du malonyl CoA ? Le malonyl CoA former va inhiber la CPT1 (carnitine fatty acyl translocase) et donc il limite l’entrer des AG dans la mitochondrie ce qui entraine une diminution de la β-oxydation. C'est une régulation coordonnée entre les deux voies métaboliques. Le malonyl CoA va également réguler l’acétyl CoA carboxylase, celle-ci existe sous deux isoformes : - ACC1 : dans le foie et le tissu adipeux qui va produire du malonyl CoA pour la synthèse des AG. - ACC2 : dans le muscle et le foie qui va générer du malonyl CoA pour le contrôle de la β- oxydation des AG dans la mitochondrie. - Expliquez le contrôle de la synthèse des AG dans le foie, comment est régulée l’acétyl CoA carboxylase ? Cette enzyme est régulée de plusieurs façons : - De façon allostérique : o Activée par le citrate. o Inhiber par le palmitoyl CoA. - Par phosphorylation : o L'insuline active une phosphatase qui va déphosphoryler l’ACC pour l’activer. o Le glucagon et l’épinéphrine vont induire la phosphorylation de l’ACC pour l’inactiver durant les phases de jeûne. - De façon génétique : o Induction de l’expression de nouveau ACC lorsque le ration insuline/glucagon est élevé. - Expliquez la dégradation des AG dans le muscle et le foie ? Lorsque les niveaux énergétiques sont bas donc que la concentration en AMP est élevé, une kinase AMPK est activé, celle-ci va phosphoryler ACC2 pour l’inactiver. Cela entraine une diminution de la concentration en malonyl CoA donc la CPT1 n’est plus inhiber, l’entrée des AG dans la mitochondrie augmente ce qui va favoriser la β-oxydation des AG dans la mitochondrie pour générer de l’énergie.  - Quel sont les différents devenir des AG ? Ils pourront servir dans la mitochondrie : - À l’oxydation. - À la production d’acétyl CoA. - À la synthèse des corps cétoniques. - À l’élongation. Ils pourront servir dans le RE : - À la synthèse de phospholipides et de stérol. - À l’élongation. - À la désaturation. Ils pourront servir dans le cytosol : - À la production de NADPH par la voie des pentose phosphates. - La synthèse des isoprènoides et stérol. - Expliquez l’élongation des AG dans le RE ? L'élongation se fait dans le RE, elle consiste en l’ajout de C pour former des VLCFA comme le stéarate C18. Les chaines d’AG ne sont pas attachées au bras flexible ACP de la FAS mais plutôt au SH-CoA. - Expliquez la désaturation des AG dans le RE ? La désaturation se fait dans le RE par une CoA désaturase, c’est une oxydation combiner de l’AG activé et du NADPH par l’oxygène moléculaire. - Comment se fait la désaturation au-delà du C10 ? Il est impossible de désaturé un AG au-delà du C10 donc le linoléate et le linolénate sont des GA essentiel. Ces AG seront ultérieurement modifiées (désaturation/élongation) pour former l’acide arachidonique par exemple. - Expliquez la biosynthèse des TAG ? L'acide phosphatidique est le précurseur commun des triacylglycérol et Glycéro lipides. Les TAG sont synthétiser dans le foie et le tissu adipeux. 1. On part de glycérol 3P -> acide phosphatidique.  2. Action d’une phosphatase qui élimine le grpmnt phosphate de l’acide phosphatidique pour former du diacylglycérol. 3. Ajout d’une 3e chaine d’AG sur C3 sous forme d’un acyl CoA pour former un TAG. -> dans le foie le glycérol 3P provient du glycérol par l’action de la glycérol kinase alors que dans le tissu adipeux le glycérol 3P provient du dihydroxyacétone phosphate (glycolyse) par l’action de la glycérol 3P déshydrogénase. -> dans le foie, les TAG seront empaqueter sous former de lipoprotéine VLDL et dans le tissu adipeux les TAG sont stocker à l’état absorptif. - Représentez la structure du Cholestérol et ses particularités ? - Quels sont les fonctions biologiques du cholestérol ? Le CS est :  - Précurseur de molécules biologiquement actives. - Composant essentiel des membranes cellulaires car sa chaine latérale de 8C s’insère dans bicouche pour la stabilisé. -> la composition en glycolipides et cholestérol varie en fonction des types cellulaires car ceux-ci n’ont pas la même structure. - Quels sont les origines possibles du cholestérol ? Le CS peut avoir une origine exogène et provenir de l’alimentation par les substances animales. Le CS peut également avoir une origine endogène en étant produit par le dans le cytosol du foie en grande majorité (aussi dans l’intestin et les glandes surrénales mais en plus faible proportions). - Quels sont les acteurs responsables de l’entrée du CS exogène dans l’organisme, donnez leur rôle ? 1. La protéine NCP1L1 qui va transporter le CS de la lumière intestinale vers l’entérocyte. 2. La protéine ABCG5/8 qui va exporter le CS et les phytostérols de l’entérocyte vers la lumière intestinale via un couplage avec l’hydrolyse d’ATP (en cas d’excès). 3. Lipopolyprotéines CM (chylomicrons) et le HDL (high density lipoprotéine qui vont permettre la formation des lipoprotéines qui transporteront le CS et d’autres lipides dans la circulation sanguin. - Quels sont les différents blocages pouvant arriver lors de l’absorption du CS exogène ? Au niveau de NPC1L1, si cette protéine est inhibée par l’ezetimibe cela va bloquer l’absorption du CS et sa concentration sanguine diminue, cette inhibition doit être combiner avec une inhibition endogène de CS car il y a le rétrocontrôle donc à combiner avec l’action de statine qui sont des inhibiteur compétitf de l’HMG-CoA réductase. Un défaut de fonctionnement des protéines ABCG5/8 entraine une accumulation de CS et phytostérol dans la cellule ce qui augmente les risques de maladie cardiovasculaire. - Décrivez le mécanisme de biosynthèse du cholestérol endogène ? 1. Formation du mévalonate qui se déroule en trois étapes (étape limitante) : a. Condensation de 2 acétyl CoA formant l’acetoacetyl CoA. b. Condensation d’un nouvelle acétyl CoA pour former du hydroxy méthyl glutaryl CoA (par l’HMG-CoA synthase). c. Action de l’HMG CoA réductase qui va réduire la fonction carboxylique en fonction alcool et former le mévalonate. -> cette étape est commune à la synthèse des corps cétoniques mais c’est une HMG-CoA réductase différente, en effet elle est mitochondriale pour les CC et non cytoplasmique pour le CS. 2. Formation de l’isopentenyl diP c-à-d d’isoprène activé via la consommation de 3 ATP, dont 1 pour la décarboxylation de C1 sous forme de CO2. 3. Formation du squalène, se déroule également en trois étapes : a. Réaction 1 et 2 catalysées par la prenyl transférase -> on condense deux molécules de 5C pour former le géranyle pyrophosphate à 10C, puis on condense une nouvelle molécule à 5C pour former le farnésyl pyrophosphate à 15C.  b. Réaction 3 catalysé par la squalène synthase -> on condense deux farnésyl pyrophosphate à 15C pour former le squalène à 30C. 4. Formation du CS, en deux étapes : a. Oxydation couplée à la réduction de O2 en H20 avec des NADPH par la squalène monooxygénase. b. Cyclisation par la cyclase pour former lanostérol qui va subir une 20taine de réaction avant de former le CS. - Donnez la structure des isoprènes activés ? - Expliquez la régulation de la synthèse du cholestérol par le contrôle de l’activité de l’HMG CoA réductase ? L'HMG-CoA réductase est réguler par trois mécanismes complémentaires l’un de l’autre : 1. La régulation transcriptionnelle -> le CS au niveau du RE va pouvoir interagir avec : a. SCAP -> lié à la membrane lorsque les niveaux de CS sont élevés. b. SREBP -> facteur de transcription se liant à l’ADN sur des séquence SRE (stérol responsible élément -> par exemple le gène responsable de l’expression de HMG- CoA réductase). Lorsque les niveaux de CS sont bas, le complexe SCAP-SREBP va migrer vers le GOLGI où se fait un clivage protéolytique de SERBP libérant un de ses deux domaines pour que celui-ci puisse se transloquer dans le noyau et y agir comme facteur de transcription. Si les niveaux de CS augmentent, le complexe SCAP-SREBP reste à la membrane et il n’y a pas de régulation de l’expression des gènes.  2. La dégradation protéolytique : si le taux de CS et d’acides biliaires augmente, cela va modifier la conformation de l’enzyme qui va être plus susceptible à la protéolyse donc l’activité enzymatique diminue. 3. Inhibition compétitive : drogues permettant de servir d'inhibiteur compétitif pour l'HMG CoA réductase. Elles sont utilisées pour diminuer l'activité de l'enzyme et donc la synthèse de mévalonate. 4. La phosphorylation/régulation hormonale, l’enzyme existe sous deux états : a. La présence de glucagon/de stérols/concentration élevé en AMP vont activer une voie de signalisation qui va stimuler l’AMPK, celle-ci va phosphoryler l’HMG-CoA réductase pour l’inactiver -> diminution de la synthèse de CS. b. La présence d’insuline va stimuler une phosphatase qui va déphosphoryler l’HMGC- CoA pour l’activer -> augmentation de la synthèse de CS. - Quels sont les devenir du cholestérol ? Le cholestérol va pouvoir être stocker dans l’organisme sous forme estérifier. Il est estérifié au niveau de son grpmnt OH en C3 par l’acyl CoA CS transférase (stimulé par la concentration élevée en CS). Le CS va pouvoir être transporter dans l’organisme via les chylomicrons, VLDL, HDL et LDL. Le CS va également être précurseurs des sels biliaires, des hormones stéroïdiennes et de la vitamine D. - Expliquez le métabolisme des sels biliaires ? Le CS est une molécule extrêmement hydrophobe donc pour pouvoir le dégradé on doit d’abord la rendre plus amphipatique, c’est pour cela que l’on convertit le CS en sels biliaires. Leur structure comporte : - Région polaire avec des hydroxyle et carboxylate. - Chaine aliphatique plus courte de 3C. - Liaison C=C saturé. -> c’est donc une molécule plus amphipatique. - COURS 11 : métabolisme azoté, cycle de l’urée. - Qu'est-ce que la balance azotée ? Pour que l’organisme reste sain il faut que l’apport d’azote soit égal à la quantité d’azote excréter. Cette balance est principalement déterminée par le métabolisme des protéines (aa). - Où et quand se fait la dégradation des aa ? La dégradation des aa se fait dans le foie sauf pour les aa branché, les aa sont dégradé quand : - Pour le turn over protéique. - On a une diète riche en protéine avec un excès d’aa par rapport au besoins énergétiques.  - On jeune, le carbone des aa devient une source d'énergie comme il n’y a pas de sucre (également pour le diabète non contrôler). La dégradation des aa comprend deux composantes : - Une composante azotée qui va libérer du NH3 qui rejoint le cycle de l’urée. - Une composante carbonée qui va libérer des keto-acides qui seront oxyder ou impliquer dans la biosynthèse ou stocker. - Pourquoi doit-on se débarrasser de l’azote ? Lors de la dégradation des aa avant de libéré la chaine carbonée, on libère leur composant azoté sous forme de NH3. Lorsque celui-ci s’accumule il devient neurotoxique et peut se diffuser, il est donc protoné en NH4 qui n’est pas diffusible mais qui est également toxique en cas d’augmentation de sa concentration. Le NH4+ sera utilisé dans le cycle de l’urée pour former de l’urée une molécule stable qui sera excrété sous forme d’urine, de selles, … - Quels sont les différents devenir de l’azote des aa ? 1. Les réactions de transaminations (réversibles) -> permettant de transférer le grpmnt amino- Cα d’un aa vers un keto-acide pour former un autre aa via une aminotransférase (spécifique à l’aa et dont le cofacteur est le PLP). a. L'α-ketoglutarate reçoit le grpmnt amino et forme du glutamate. b. L'OAA reçoit le grpmnt amino et forme de l’aspartate. 2. Déamination oxydative (réversible) -> permettant de libéré le grpmnt amino du glutamate sous forme de NH4+ par la GDH (glutamate déshydrogénase nécessite du NADP+), on reforme de l’α-ketoglutarate. La GDH est fortement exprimer dans les hépatocytes et fait partie des 3 enzymes capable de fixer l’azote : Glutamine synthétase, Carbamoyl phosphate synthétase I (CPSI). 3. Autres réactions libérant du NH4+ : a. Déshydrations des sérines et thréonines par des déshydrogénase. b. Déamination de l’histidine par l’histidinase, de la glutamine par une glutaminase et de l’asparagine par une asparaginase -> on libère le grpmnt amino associer à la chaine latérale. c. Cycle des nucléotides purines dans le cerveau et les muscle. d. Uréase dans l’intestin, la flore va synthétiser de l’ammonium à partir de l’urée présente. - Quels sont les aa en concentration majeur dans le plasma ? L'alanine et la glutamine.  - Quels sont les aa en concentration majeur dans le foie ? L'alanine, la glutamine et l’acide glutamique (glutamate). - Expliquez pourquoi il y a un transport sanguin de l’azote vers le foie ? L'alanine est capable de passer du muscle au foie via la circulation sanguine. Une fois dans le foie et en condition post-absorptive, la néoglucogénèse est favoriser donc l’alanine sera catabolisé en nitrogène et carbone. Le nitrogène sera transformé par la transamination en urée pour être éliminer et le carbone va servir à la synthèse de glucose. Le glucose former retourne vers le muscle pour y fournir de l’énergie en subissant la glycolyse. Le pyruvate former va recevoir le grpmnt amino du glutamate et ainsi reformer de l’alanine grâce à une ALAT (alanine amino transférase). C'est le cycle glucose-alanine. - D’où provient la glutamine est quels sont ses rôles et devenir ? - Origine : Le glutamate est converti en glutamine par la glutamine synthétase et l’hydrolyse d’ATP au niveau des muscles et tissus périphérique. Le glutamate lui est former à partir d’α-kétoglutarate par la GDH, cette réaction permet de capter l’excédent de NH4+ présent. - Devenir et rôle : o Il peut rejoindre les intestins pour être utilisé comme source d’énergie. o Il peut rejoindre les tissus et les muscles. o Il peut rejoindre le foie ou il est converti en glutamate + NH4 par la glutaminase. o Il rejoint les reins ou il est hydrolysé en glutamate et NH3 (chaine latérale) par une glutaminase, le glutamate sera ensuite substrat de la glutamate déshydrogénase pour libéré de l'a-ketoglutarate et du NH4 qui est directement protoné donc cela permet de neutraliser les excédant proton en cas d'acidose métabolique. - Quels sont les 2 aa non protéinogène impliquer dans le cycle de l’urée ? - Expliquez les étapes du cycle de l’urée ? 1. (Matrice mitochondriale) synthèse du carbamoyl phosphate par la carbamoyl phosphate synthase CPS1, condensation du NH4 et du HCO3- avec consommation de 2 ATP. 2. (Matrice mitochondriale) transfert du grpmnt C=ONH2 sur l’ornithine pour former la citrulline via une ornithine transcarbamoylase (OTC). Citrulline transportée dans le cytosol en échange d’Ornithine venant du cytosol (échange neutre). 3. (Cytosol) condensation de l’aspartate pour former de l’arginosuccinate par l’arginosuccinate synthétase, requiert un ATP pour générer l’intermédiaire citrullyl AMP. 4. (Cytosol) on libère la chaine carbonée sous forme de fumarate pour synthétiser l’arginine par Arginosuccinate lyase. C'est l’unique réaction réversible du cycle.  5. (Cytosol) clivage de l’arginine via l’arginase, réaction d’hydrolyse permettant de libérer l’urée et régénéré l’ornithine qui retourne vers la matrice. - Quel est la relation entre le cycle de Krebs et le cycle de l’urée ? L'arginosuccinate va libérer du fumarate qui retourne vers la mitochondrie pour rejoindre le cycle de Krebs. - De quel composé proviennent les atomes d’azotes de l’urée ? - Expliquez la régulation du cycle de l’urée ? 1. Le cycle est régulé en fonction de la concentration en substrat, au plus il y a de NH4+ au plus il entre dans le cycle et le fait tourner. 2. L’enzyme CPS1 de la première réaction qui catalyse la formation du carbamoyl phosphate à partir de NH4 et HCO3- est stimuler par la N-acétyl glutamate, c’est un activateur allostérique. Le N-acétyl glutamate synthase est une enzyme permettant la synthèse du N-  acétyl glutamate à partir d’acétyl CoA et de glutamate, son activité est stimulée par l’arginine. 3. L’expression des gènes codant pour les enzymes du cycle dépend du catabolisme protéique (qui est lui-même déterminé par la diète et métabolisme des AA). 4. La synthèse des enzymes du cycle est stimulé par le glucagon qui entraine une augmentation de la concentration en AMPc qui active une PKA -> en condition de jeune. - Que se passe-t-il en condition de jeune ? Dans les conditions de jeune, on mobilise les ressources et le catabolisme des aa est augmenté donc on augmente l'excrétion d'azote -> production d'avantage d'urée ce phénomène va se calmer pour préserver nos protéines. - Expliquez les dysfonctionnements du cycle de l’urée ? Les UCD pour urea cycle diseases sont due à une déficience d’une des enzymes du cycle ou de la N acétyl glutamate synthase. Ce dysfonctionnement entraine des risques de neurotoxicité et d’hyperammoniémie. Ce trouble se manifeste durant la période néonatale ou à un âge plus avancé, il existe également chez le chat/chien. Le traitement est une diète pauvre en protéine surtout en arginine et une administration de composé comme le phénylbutyrate pour permettre l’excrétion de l’azote. - COURS 12 : métabolisme des aa. - L'ensemble des voies de dégradations des 20 AA porte à la formation de quoi ? Cela va amener à la synthèse de 5 précurseurs de la néoglucogénèse, on parle d’aa glucoformateur :  - Pyruvate former à partir d’alanine, sérine, cystéine, tryptophane, glycine, thréonine. - A-kétoglutarate former à partir de glutamate, d’arginine, histidine, glutamine, proline. - Succinyl CoA former à partir de valine, thréonine, isoleucine, méthionine. - Fumarate former à partir de tyrosine, phénylalanine. - OAA former à partir d’aspartate et d’asparagine. Cela peut également amener à la synthèse des 3 précurseurs de la cétogenèse, on parle d’aa cétogène : - Acétyl CoA former à partir de thréonine, de lysine, isoleucine, tryptophane. - Acétoacétate et l’HMG CoA former à partir de phénylalanine, tyrosine. La phénylalanine (Phe), la tyrosine (Tyr), le tryptophane (TRP) et la thréonine (Thr) sont des aa glucoformateur et cétogènes. - À partir de quoi sont synthétisé les aa ? Ils sont synthétisés à partir de métabolites provenant de la glycolyse et du cycle de Krebs : - La glycolyse permet de former la glycine, l’alanine, la sérine, la cystéine. - Le cycle de Krebs permet de former l’aspartate, asparagine, le glutamate, la glutamine, la proline et l’arginine. -> ces voies de biosynthèse sont régulées par un système de feedback négatif souvent sur la 1 e réaction de la voie de synthèse. - Quels sont les cofacteurs impliqués dans le métabolisme des aa ? - Le PLP (pyridoxal phosphate), c’est un coenzyme provenant de la vitamine B6 impliquer dans le transfert de grpmnt amino. - Le FH4 (tétrahydrofolate), coenzymes impliquez dans le transfert de grpmnt en C1 sur N5/N10/pont N5-N10. - Le SAM (S-adénosyl méthionine), coenzymes impliqués dans le transfert de grpmnt méthyl et synthétiser à partir de méthionine. - Le BH4 (tétrahydrobiopterine), coenzymes impliqués dans la réaction d’oxydation. - Expliquez le métabolisme des différents aa (directement étudier sur les slides) ? - Ou à lieu la dégradation des aa branché ? La dégradation de la valine, d'isoleucine et de la leucine (aa essentiels) à lieu dans les muscles squelettique et leur oxydation qui fournit de l'énergie suit une voie commune. - Expliquez la dégradation des aa branchés ? (Voir slides) - Expliquez la dégradation des différents aa ? (Voir slides) - Donnez un dysfonctionnement des voies de dégradation des aa ? La phénylcétonurie PKU est un désordre autosomique récessif qui entraine une accumulation de Phe dans le sang ce qui sature le transport des autres aa et cause des dommages intellectuels et des retard psycho moteur. Cela peut être du à un déficit en dihydrobioprotéine réductase chargé de régénérer le coenzyme BH4 ou à cause d’un déficit en phénylalanine hydroxylase permettant l’oxydation de la Phe. - Ou à lieu la synthèse de créatine ? La créatine sert de réservoir énergétique à la synthèse d’ATP et pour le transport dans les muscle, neurones et spermatozoïdes. Sa synthèse à lieu dans différent endroit selon les conditions (rein/muscle/foie) - Expliquez la synthèse de créatine ? Se fait en deux étapes : - Dans les reins -> condensation de l’arginine et de la glycine par la glycine amidinotransférase pour former du guanidino acétate. - Dans le foie -> N-méthylation du guanidino acétate pour former de la créatine par la guanidinoacétate méthyltransférase. - Dans le muscle -> la synthèse de créatine est réguler par la créatine kinase, elle-même régulé par l’ATP. o Excès d’ATP donc muscle au repos alors phosphorylation de la créatine en créatine phosphate. o Besoin d’ATP donc muscle en activité alors hydrolyse de la créatine phosphate en créatine.  - Expliquez la synthèse du glutathion ? Le glutathion est un antioxydant majeur contrôlant le stress oxydatif de la cellule. Il est formé d’une condensation de 3 aa : le glutamate, la cystéine et la glycine. Sa synthèse se fait en deux étapes et nécessite la consommation de 2 ATP : - Condensation du glutamate et de la cystéine pour former la glutamyl cystéine par la γ- glutamyl cystéine synthétase. - Condensation de la glycine sur la glutamyl cystéine pour former le glutathion grâce à la glutathion synthétase. - Les aa biogènes ? Ils sont synthétisés par décarboxylation d’aa via une décarboxylase et sont inactivé par oxydation du groupement amino en grpmnt aldéhyde puis en grpmnt carboxylique via la monoamine oxydase puis l’aldéhyde déshydrogénase. Par exemple : - le glutamate permet de former le GABBA via le glutamate décarboxylase. - L'histidine qui permet de former l’histamine via l’histidine décarboxylase. - Le tryptophane qui permet de former du 5 hydroxy tryptophane via le tryptophane hydroxylase puis de former de sérotonine (5 hydroxy tryptamine) via l’aromatique amino acide décarboxylase. -> sérotonine joue un rôle dans la synthèse des neurones du SNC, dans la régulation de l’appétit, dans le sommeil, l’humeur, la mémoire, c’est un précurseur de la mélatonine et il régule la motilité intestinale en stimulant la lipolyse, la néoglucogenèse, la production de cytokines.  - La tyrosine qui permet de former la dopamine jouant un rôle dans la régulation du plaisir, la récompense, la persévérance. Ensuite à partir de dopamine on pourra former de l’épinéphrine/adrénaline jouant un rôle dans la contraction cardiaque et la pression sanguine, dans la régulation du métabolisme lipidique et glucidique. - Expliquez la synthèse d’oxyde nitrique ? Le NO est une substance gazeuse diffusant librement au travers des membranes. Il est synthétisé à partir d’arginine en deux étapes via la nitrique NO synthase, cet enzyme contient 4 coenzymes : FMN, FAD, BH4, hème.  - Quels sont les fonctions de NO ? Il est synthétisé dans les cellules endothéliales et les neurones ou ils diffusent vers les muscle lisse pour : - Stimuler l’activité de la guanylate cyclase -> augmenter la concentration en GMPc -> permettre la relaxation des muscles et la dilatation des vaisseaux sanguin. Il est également synthétisé au niveau des cellules phagocytaire par l’enzyme inductible (iNOS) ou il peut se combiner aux ions O2- pour former du peroxynitrite ONOO- qui attaque et lyse les membranes bactériennes. - Pourquoi devrait-on cibler le métabolisme des aa pour une thérapie anticancer ? Car les cellules tumorales ont besoin des besoins métabolique accrus et une demande augmentée en aa pour assurer ses diverses fonctions. Certaines de ces cellules tumorales deviennent auxotrophe ce qui veut dire qu’elles sont dépendantes de certains aa amener par l’extérieure. Les cibles principales seront le transport intracellulaire d’aa, on va limiter leur entrer ou on cible les enzymes de la voie de biosynthèses des aa pour leur déplétion. Par exemple, on cible la voie de biosynthèse de l’asparagine dans la leucémie aigüe lymphoblastique LAL : - Dans les cellules normale le Asn est synthétisé par Asn synthase et les cellules tumorale vont utiliser ces Asn produit. On va donc utiliser de l’asparaginase qui permet un arrêt de la synthèse protéique et du cycle cellulaire = apoptose des cellules tumorale. - COURS 13 : métabolisme des bases azotés - Représentez les bases azotées, notez les grpmnt important de chacune d’elles et indiquez leur famille ?  - Qu'est-ce qu’un nucléoside et un désoxyribose ? Un nucléoside est composé d’une base azotée et d’un sucre (ribose/désoxyribose). Ensuite on ajoute des groupement phosphates pour former des nucléoside monophosphate, diphosphates ou triphosphates. Un désoxyribose représente la molécule ribose qui a été réduite, on passe d’un grpmnt OH en C2 à un grpmnt H. - Quel est la particularité du métabolisme des bases azotés ? Tout d’abord, l’apport alimentaire de nucléotides est très faible et la plupart sont dégradé par des ribase (environ 5% des acides nucléique proviennent de l’alimentation). Il est donc nécessaire de synthétiser des purines et pyrimidine de novo. La biosynthèse des bases est très complexe et requiert beaucoup d’énergie donc il existe un système de recyclage des bases, environ 90% des purines sont reconverties en nucléoside monophosphate. - Quel est la majeure différence entre la voie de biosynthèse des purines et pyrimidines ? Chez les purines la synthèse débute avec le ribose 5P alors que chez les pyrimidines le ribose 5P s’accroche à la fin. Ce ribose 5P provient de la composante non oxydative de la voie des pentoses phosphates. - Quel est l’intermédiaire/le précurseurs commun aux pyrimidines ?  - Quel est l’intermédiaire/le précurseurs aux purines ? - Expliquez la première activité enzymatique dans biosynthèse des pyrimidines puis la deuxième ? L’activité enzymatique des 3 première réactions est présentes sur le même polypeptide CAD (à lieu dans le cytosol) : - Réaction 1 de condensation du NH2 provenant de la glutamine et du C provenant de HCO3- pour former le carbamoyl phosphate. Cette réaction est assurée par la carbamoyl phosphate synthétase II. - Réaction 2 de condensation des atomes de C et N de l’aspartate pour former le N-carbamoyl aspartate. Cette réaction est assurée par l’aspartate transcarbamoylase. - Réaction 3 de déshydratation permettant de fermer le cycle pour former du dihydroorotate. Cette réaction est assurée par la dihydroorotase. - Réaction 4 de déshydrogénation pour former l’orotate. Cette réaction est assurée par la dihydroorotate déshydrogénase. -> l’activité enzymatique des réaction 5 et 6 sont présente sut le même polypeptide nommé UMP synthase.  - Réaction 5 de fixation du phospho ribose pyrophosphate pour former de l’orotate 5 monoP. Cette réaction est assurée par l’orotate phospho ribosyl transférase. - Réaction de décarboxylation pour former l’uridine 5 mono phosphate UMP. Cette réaction est assurée par l’orotidylate décarboxylase. - Quels sont l’origine du ring des pyrimidines ? Le grpmnt amino N3 provient de