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UNIVERSITE FELIX HOUPHOUET BOIGNYUFR Biosciences

Laboratoire de Biotechnologies

ANNEE UNIVERSITAIRE : 2013-2014

LICENCE IIIBIOCHIMIE, GENETIQUE, BIOLOGIE CELLULAIRE

UE : BIOCHIMIE METABOLIQUE-ENZYMOLOGIE

ECUE 2 : BIOCHIMIE METABOLIQUE

COURS

Dr. SORO Yadé René

INTRODUCTION

Les manifestations de la vie sont associées à des échanges permanents de matière et d’énergie

entre les êtres vivants et le milieu dans lequel ils vivent. On en déduit ainsi que le

métabolisme est l’ensemble des transformations de matières et des échanges d’énergie d’un

être vivant. Il comporte deux entités qui sont l’anabolisme et le catabolisme. L’anabolisme est

l’ensemble des réactions de biosynthèse tandis que le catabolisme regroupe toutes les

réactions de dégradations.

Les processus de dégradation sont presque semblables pour tous les êtres vivants. On peut les

distinguer en deux catégories ; les autotrophes et les hétérotrophes.

Les autotrotrophes

Selon la source dont ils tirent leur énergie on a :

- les autotrophes par photosynthèse utilisent l’énergie de certaines radiations lumineuses pour

synthétiser des composes organiques complexes a partir du CO2 et de l’eau.

- les autotrophes par chimiosynthèse tirent leur énergie de l’oxydation de composés minéraux

dérivés de l’azote et du soufre en particulier (NH3, NO2=, HS, SO32= etc.).

les autotrophes transforment l’énergie ainsi capturée par des voies anaboliques sous forme

d’énergie chimique qu’ils stockent généralement dans les glucides.

Les hétérotrophes ou chimioorganotropes produisent l’énergie dont ils ont besoin par

l’oxydation des composes organiques complexes provenant directement ou non des

autotrophes. Cette oxydation utilise l’oxygène et produit du CO2 et de l’eau.

RAPPELSMISE EN RESERVE DE L’ENERGIE

L’énergie potentielle des molécules alimentaires doit être convertie sous forme d’ATP pour

être directement utilisable. Entre autres, deux importants mécanismes permettent cette

opération. Ce sont :

-La phosphorylation oxydative

-La phosphorylation liée au substrat

Phosphorylation oxydative

Le but des oxydations est de produire de l’énergie qui doit permettre la synthèse d’ATP à

partir de l’ADP et de phosphate. L’énergie libérée au cours du transfert des électrons dans la

chaine respiratoire est utilisée pour cette phosphorylation. L’énergie libérée par la chaine

permettrait de fabriquer 7 molécules d’ATP mais il ne s’en forme que 3. Simplement parce

que l’oxydation par l’oxygène ne se fait pas directement afin d’éviter un dégagement brusque

capable de brûler la cellule. La chaine respiratoire permet de fractionner l’énergie et une

utilisation rationnelle. Seuls les passages entre systèmes qui s’accompagnent d’une libération

de 30,5 KJ soit une ddp de 0,16V permet la synthèse d’une molécule d’ATP. La relation entre

la synthèse d’ATP et la consommation d’oxygène se traduit par un rapport P/0 correspondant

au nombre de P qui passent de l’état minéral à l’ATP.

Figure : synthèse d’ATP dans la chaine respiratoire

Ce rapport varie selon les voies d’accès du NADPH à la mitochondrie. Deux systèmes de

navettes sont utilisés à cet effet. Ce sont les navettes malate/aspartate et glycérol phosphate

Navette glycérol phosphate

Elle intervient dans le muscle squelettique et le cerveau. On note que la glycérolphosphate

déshydrogénase mitochondriale fonctionne avec du FAD comme coenzyme. C’est donc

seulement deux molécules d’ATP qui seront formés par molécule de NADH qui entre dans la

mitochondrie.

Cytosol matrice

Figure : navette glycérol-phosphate

Navette malate/aspartate

Elle fonctionne dans les mitochondries du cœur, du foie et du rein. Les NADH libérés dans le

cytosol sont transportés par le malate à travers la membrane interne de la mitochondrie pour

être cédés au NAD de la malate déshydrogénase mitochondriale. Le NADH ainsi formé est

réoxydé dans la chaine respiratoire avec formation de 3 ATP.

Figure : navette malate-aspartate

Phosphorylation liée au substratDes liaisons riches en énergie se forment au cours des oxydations cellulaires. Elles

aboutissent également à la synthèse d’ATP sans passer par la chaine respiratoire. Une liaison

phosphate riche en énergie est formée soit par une oxydation du substrat soit par un

réarrangement moléculaire. L’énergie de cette liaison est utilisée pour transférer le groupe

phosphate sur l’ADP et produire l’ATP.

Figure : Synthèse d’ATP par oxydation du substrat

Figure : synthèse d’ATP par réarrangement moléculaire

I. DEGRADATION DIGESTIVE DES MACROMOLECULES BIOLOGIQUES

La digestion est le processus par lequel les aliments sont broyés et les grosses molécules dont

ils sont constitués réduites en nutriments qui sont les éléments nutritifs pouvant être absorbés.

La digestion comprend des processus mécaniques et des processus chimiques qui se déroulent

dans l’appareil digestif composé du tube digestif et de plusieurs organes annexes (glandes

salivaires, foie, pancréas, vésicule biliaire). Les processus mécaniques se situent au niveau de

la bouche (la mastication) et de l’estomac (le brassage et le malaxage). L’action mécanique

est combinée à des processus chimiques et enzymatiques afin de casser les liaisons

moléculaires. Ainsi, de nombreuses enzymes issues d’organes divers agissent sur la nourriture

pendant tout le trajet du tube digestif (salive, suc gastrique, bile, suc pancréatique).

Finalement, les aliments sont transformés en leurs constituants de base : les glucides (sucres

complexes) sont transformés en oligosaccharides et glucose (sucre simple), les lipides en

acides gras et cholestérol, les protéines en oligopeptides et acides aminés etc. les petites

molécules doivent être absorbées pour utilisées par l’organisme.

Ce cours portera spécifiquement sur la digestion et l’absorption des glucides, des protéines et

des lipides, à l’exclusion des micronutriments et des vitamines.

1. DIGESTION DES GLUCIDES

Les glucides sont généralement consommés sous forme d’amidon, de saccharose, de lactose,

de fructose et de cellulose. La digestion de l’amidon commence dès la mastication sous

l’influence de l’α−amylase salivaire. L’α−amylase salivaire est ensuite rapidement inhibée par

l’acidité du suc gastrique après la déglutition. La digestion de l’amidon est donc

essentiellement effectuée par l’α−amylase pancréatique qui réduit l’amidon en

oligosaccharides et disaccharides. Les oligosaccharides et le maltose issus de l’action de

l’amylase sur l’amidon sont hydrolysés avec les autres disaccharides (saccharose, lactose

notamment) au niveau de la bordure en brosse des enthérocytes. Ils sont clivés en leurs

éléments constitutifs (glucose, fructose, galactose) puis absorbés. La cellulose reste intacte.

2. DIGESTION DES LIPIDES

Les protéines sont consommées sous forme de viandes, poissons, œufs, lait. D’autres

protéines sont endogènes (enzymes de la digestion, produits du renouvellement cellulaire).

Après la mastication, la digestion des protéines débute dans l’estomac. L’acide chlorhydrique

sécrété par les cellules pariétales de l’estomac permet la dénaturation grossière des protéines.

Il permet également d’atteindre un pH compris entre 2 et 4, pH pour lequel les pepsinogènes

sécrétés par l’estomac sont transformés en enzymes protéolytiques actives appelées pepsines

qui initient la digestion des protéines.

Les protéases pancréatiques ont un rôle majeur dans la digestion des protéines. Elles

comportent des endopeptidases (trypsine, chymotrypsine et élastase) et des exopeptidases

(carboxypeptidases A et B). Ces enzymes, composant capital du suc pancréatique, clivent les

protéines présentes dans la lumière intestinale après leur activation. Les endopeptidases et les

carboxypeptidases ont une activité complémentaire. La digestion des protéines par les

protéases pancréatiques est très rapide, aboutissant à un mélange d’acides aminés et

d’oligopeptides en moins de quinze minutes lors d’un repas d’épreuve. La digestion des

protéines se poursuit au niveau de la bordure en brosse des entérocytes car les peptides

présentent la particularité de pouvoir traverser la membrane apicale des entérocytes et d’être

transformés en acides aminés, produits finaux de la digestion des protéines, en

intracytoplasmique. Les peptidases entérocytaires sont localisées pour partie dans la bordure

en brosse. Cependant, une grande partie d’entre elles sont situées en intracytoplasmique. Ces

peptidases de la bordure en brosse vont produire à partir des oligopeptides un mélange

d’acides aminés (60 %) et de di- et tripeptides (40 %).

3. DIGESTION DES LIPIDES

Les lipides sont présents dans l’alimentation dans le beurre, l’huile, les matières grasses mais

aussi le chocolat et bon nombre de produits manufacturés. Les lipides ingérés sont constitués

à 98 % de triglycérides, le reste étant représenté par le cholestérol, les phospholipides et les

esters des vitamines liposolubles (A, D, E, K). La digestion et l’absorption des lipides sont

plus complexes que celles des glucides et des protéines, du fait notamment du caractère

hydrophobe des lipides.

Les lipides sous forme de triglycérides sont fragmentés par les lipases salivaire, gastrique et

pancréatique en acides gras libres (AGL), monoglycérides et cholestérol. En ce qui concerne

les produits de la digestion des lipides, les acides biliaires jouent un rôle central en facilitant

leur solubilisation par la formation de micelles.

II. ABSORPTION CELLULAIRE DES METABOLITES

ABSORPTION ET ASSIMILATION DES GLUCIDES

Les monosaccharides issus de la digestion des glucides sont des molécules hydrophiles. Elles

ne peuvent pas traverser seules les phases lipidiques de la membrane plasmique. Le glucose et

le galactose traversent la membrane plasmique par un transporteur spécifique SGLUT1 couplé

à la pompe Na+-K+-ATPase. En présence de Na+ SGLUT1 se modifie et laisse passer le

glucose et le galactose. Un gradient de Na+ est maintenu au pôle baso-latéral de l’entérocyte

par l’action de la pompe Na+-K+-ATPase pour permettre ce transport. Le fructose traverse la

membrane plasmique par un transporteur spécifique GLUT5 qui est indépendant de la

concentration en sodium. Le glucose et le fructose quittent l’entérocyte pour passer dans la

circulation sanguine (système porte) par un mécanisme de diffusion facilitée à travers un

transporteur spécifique GLUT2, indépendant du sodium.

ABSORPTION ET ASSIMILATION DES PROTEINES

L’absorption des protéines par l’entérocyte se fait soit sous forme d’acides aminés libres, soit

sous forme de di et tripeptides par le transporteur Pept-1. Le transporteur des di- et tripeptides

appelé Pept-1 n’a aucune affinité pour les acides aminés. Il existe une vingtaine d’acides

aminés libres absorbés par l’entérocyte. On ne connaît pas spécifiquement toutes les voies

d’absorption de ces différents acides aminés. En revanche, on sait qu’ils font intervenir le

gradient sodium, maintenu par la pompe Na+–K+–ATPase, comme pour le glucose. Le taux

de transfert des acides aminés est deux ions Na+ pour un acide aminé.

Une part significative des acides aminés absorbés par l’entérocyte (10 %) est utilisée par

l’épithélium intestinal pour son métabolisme et ses propres synthèses. La glutamine, le

glutamate et l’aspartate sont les acides aminés les plus utilisés par l’intestin, couvrant 80 %

des besoins de l’épithélium intestinal. Le passage des acides aminés dans la circulation

sanguine est indépendant du sodium. Les acides aminés neutres et basiques sortent de

l’entérocyte par le pôle basolatéral en empruntant des systèmes transporteurs spécifiques

appelés respectivement système L et système y+.

ABSORPTION ET ASSIMILATION DES LIPIDES

L’absorption par le grêle des produits de la digestion des lipides sous forme de micelles

formées à partir des acides biliaires, permet de transporter de façon passive les molécules

hydrophobes à travers la membrane entérocytaire.

Les acides gras de plus de 12 C sont resynthétisés en triglycérides dans l’entérocyte avant de

passer dans le système lymphatique sous forme de chylomicrons. Les acides gras de moins de

12 C sont beaucoup plus hydrosolubles et n’ont donc pas besoin des acides biliaires pour

diffuser à travers la membrane entérocytaire. Ils n’entrent pas dans la composition des

chylomicrons et diffusent directement dans l’entérocyte pour rejoindre le système porte.

Figure : Absorption des nutriments au niveau de l’entérocyte

III. METABOLISMES CELLULAIRES

LOCALISATION CELLULAIRE DES VOIES METABOLIQUES

Les voies métaboliques ont chacune sa localisation spécifique dans la cellule.

Mitochondrie : Cycle acide citrique, phosphorylation oxydative, oxydation acide gras,

dégradation acides aminés.

Cytosol : Glycolyse, voie du pentose phosphate, biosynthèse des acides gras.

Lysosomes : Digestion du matériel cellulaire ou phagocyté.

Golgi : Modification des protéines, synthèse des membranes, synthèse des sucres

complexes.

RER : Synthèse protéines membranaires et sécrétoires.

REL : Synthèse de lipides et stérols. Peroxysomes: Réactions oxydatives, cycle du

glyoxylate

Chloroplaste : Cycle de Calvin, synthèse et dégradation de l’amidon, cycle des pentose

phosphates glycolyse (partielle) gluconéogenèse (partielle).

METABOLISME CELLULAIRE DES GLUCIDES

Après la digestion des aliments et l’absorption des nutriments, ceux-ci vont entrer dans les

voies métaboliques comprenant des milliers de réactions contrôlées par des enzymes. On

distingue généralement la voie des glucides, celles des lipides, celle des protides et des acides

nucléiques. Dans ces voies, les différents nutriments empruntent d’abord des voies spécifiques

à leurs structures. Ces voies donnent des produits communs permettant dans une seconde

phase des interconnexions diverses.

Figure : Principales voies de la digestion des aliments et du métabolisme

Catabolisme des métabolites glucidiques

L’ose principal dans le monde vivant est le glucose. On trouve cependant d’autres oses

comme le fructose, le galactose, le mannose etc. L’oxydation du glucose peut se faire en

aérobie ou en anaérobie en empruntant les voies métaboliques de la glycolyse, de la

respiration ou des pentoses phosphates. Les autres oses entrent dans la glycolyse à différents

niveaux.

Réactions de la glycolyse

La glycolyse encore appelée voie d’Embden-Meyerhof-Parnas est la principale voie de

dégradation du glucose. Elle se déroule en dix réactions reparties en deux étapes. Trois de ses

réactions sont irréversibles.

1. Phosphorylation du glucose

La première réaction de la glycolyse est une réaction de phosphorylation du glucose en

glucose-6-Phosphate (G-6-P) avec consommation d’une molécule d’ATP. Cette réaction est

catalysée par l’hexokinase, enzyme peu spécifique qui peut phosphoryler plusieurs oses.

L’enzyme agit en présence de Mg2+. La réaction est irréversible.

Cette réaction est aussi catalysée dans le foie par la glucokinase qui est plus spécifique du

glucose.

2. Isomérisation du G6P en fructose 6P

Le glucose (aldose) est transformé en fructose (cétose) par l’action de la

phosphohexoisomérase. La réaction est réversible.

3. Phosphorylation du fructose 6 P en Fructose-1-6 di P

Un deuxième phosphoryle est fixé à la molécule de fructose 6 P. La réaction est catalysée par

la phosphofructokinase avec consommation d’une molécule d’ATP. Cette réaction est

irréversible et constitue l’étape limitante de la glycolyse.

4. Rupture du F1-6 di P en 2 phosphotrioses

Cette réaction est catalysée par l’aldolase pour donner une molécule de 3 PGA et une

molécule de DHAP par molécule de Fructose -1,6 diP. La réaction est réversible mais seul le

3 PGA continue dans la glycolyse.

5. Isomérisation

Les deux trioses phosphates (3-PGA et DHAP) peuvent être interconvertis l’un et l’autre.

Cette réaction est catalysée par la triose phosphate isomérase. La réaction est réversible dans

les deux sens.

Figure : Première partie des réactions de la glycolyse

Dans cette partie, le sucre à 6 C (glucose) est phosphorylé et coupé en deux parties (3C:

glycéraldéhyde 3P) avec consommation de 2 molécules d’ATP. Cette partie est considérée

comme la phase d’activation des substrats.

6. Oxydation du 3-phosphoglycéraldéhyde (3-PGA)

Cette oxydation se déroule en deux étapes. Dans la première étape, le 3-PGA est oxydé en

acide 1-3 diP glycérique par incorporation d’une molécule de P inorganique. La réaction est

catalysée par la phosphoglycéraldehyde deshydrogénase, une enzyme à NAD. Le phosphoryle

en position 1 est lié au carboxyle par une liaison riche en énergie. Sous l’action de la

phosphoglycérate kinase ce phosphoryle est transféré sur l’ADP.

7. Transfert du phosphoryle en position 2

Le Phosphate en position 3 sur le 3-PGA est transféré en position 2 sous l’action de la

phosphoglycérate mutase.

8. Enolisation

Le départ d’une molécule d’eau de l’acide 2 P glycérique entraîne un remaniement

intramoléculaire qui se traduit par la formation d’une liaison riche en énergie. La réaction est

catalysée par l’énolase qui ne peut fonctionner qu’en présence d’ions Mg2+ ou Mn2+.

9. Formation d’acide pyruvique

La liaison riche en énergie du PEP est utilisée pour la synthèse d’une molécule d’ATP par

phosphorylation de l’ADP. La réaction catalysée par la pyruvate kinase n’est pas réversible.

Figure : Deuxième partie des réactions de la glycolyse

Cette phase est dite phase de récupération de l’énergie. Ainsi, les deux molécules de

glycéraldéhyde 3P sont converties en pyruvate avec formation de 4 molécules d’ATP.

Cependant, le rendement net sera de 2 molécules d’ATP.

Bilan de la glycolyse

La série de 10 réactions de la voie de la glycolyse catalysées par des enzymes dégradent une

molécule de glucose (6 carbones) en deux molécules de pyruvate (3 carbones), en produisant

des molécules riches en énergie (NADH et ATP).

C6H12O6 (Glucose) + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ==►2 CH3COCOOH (Pyruvate) + 2 NADH +

2 ATP + 2 H+

Transformations du pyruvate

En présence d’oxygène, le pyruvate passe par une série de réactions qui le transforment

finalement en CO2 et H2O c’est l’oxydation aérobie. Cependant, lorsque l’oxygène vient à

manquer ou est rare, le pyruvate est alors transformé en alcool éthylique ou en acide lactique

selon l’organisme ou le tissu c’est la fermentation. Il peut aussi être carboxylé en acide

oxaloacétique.

Fermentations ou oxydation anaérobie du glucose

Le substrat est incomplètement dégradé ce qui entraîne la formation de métabolites. On dit

qu’il y a fermentation. La fermentation porte généralement le nom de la ou des substances

produites. Ainsi, selon l’accepteur final des électrons et des protons on distingue la

fermentation lactique ou la fermentation éthanolique.

Fermentation lactique

En cas d’oxygénation insuffisante du muscle soumis à une forte activité, l’accepteur final des

électrons et des protons issus de l’oxydation du glucose est l’acide pyruvique. L’acide

pyruvique issu de la glycolyse est ainsi réduit en acide lactique. La réaction est catalysée par

la lacticodéshydrogénase, une enzyme à NAD+.

La réaction bilan donne

Glucose + 2 Pi + 2 ADP ==► 2 Lactate + 2 ATP + 2 H2O

Fermentation éthanolique

Dans la levure en fermentation alcoolique, l’acide pyruvique issu de la glycolyse est

décarboxylé en acétaldéhyde. La réaction est catalysée par la pyruvate décarboxylase, enzyme

dont le coenzyme est le TPP. L’accepteur final des électrons et des protons issus de

l’oxydation du glucose est l’acétaldéhyde. L’acétaldéhyde est donc réduit en éthanol par

l’alcool déshydrogénase, une enzyme à NAD+.

Glucose + 2 Pi + 2 ADP + 2 H+ → 2 Éthanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Oxydation aérobie du glucose (Respiration)

Dans ces conditions, le pyruvate est carboxylé ou décarboxylé selon les réactions suivantes.

Carboxylation phosphorylante

Le pyruvate formé dans le cytosol pénètre dans les mitochondries ou il subit une

décarboxylation catalysée par la pyruvate carboxylase pour former l’oxaloacétate.

Décarboxylation oxydative du pyruvate

La décarboxylation du pyruvate prépare son entrée dans le cycle de Krebs ou il sera

complètement dégradé. Elle se fait en une série de trois réactions catalysées par un complexe

enzymatique dénommé complexe pyruvate déshydrogénase formé de trois enzymes.

- La réaction de décarboxylation de l’acide pyruvique est catalysée par la pyuvate

déshydrogénase dont le coenzyme (TPP) dérive de la thiamine ou vitamine B1 par fixation de

pyrophosphate provenant de l’ATP. Le TPP intervient dans la décarboxylation en se

combinant à l’hydroxyéthyle qui en résulte pour donner l’hydroxyethyle-TPP.

Acide pyruvique + TPP ==► hydroxyethyle + CO2

- L’hydroxyéthyle est ensuite oxydé et transféré sur le coenzyme selon des réactions

catalysées par la dihydrolipoyl transacétylase dont le coenzyme est l’acide lipoïque (une

vitamine). L’oxydation s’accompagne par la création d’une liaison thioester riche en énergie

au niveau de l’acétyle qui va être transféré sur un autre coenzyme du complexe la coenzyme

A ou CoA ou CoASH (dérive de l’acide pantothénique qui est une vitamine et d’un ADP

phosphorylé en 3’).

Hydroxyethyle-TPP + Ac lipoïque ox ==► TPP + « Acetyl-lipoyl red »

« Acetyl-lipoyl red » + CoASH ==► Acetyl CoA + Ac lipoïque red

- L’acide lipoïque est ensuite régénéré par une réaction que catalyse la dihydrolipoyl

déshydrogénase enzyme à coenzyme NAD.

Ac lipoïque ox + NAD+ ==► Ac lipoïque red + NADH 2

Réactions du cycle de Krebs

Encore appelé cycle citrique ou cycle tricarboxylique c’est le système qui permet de dégrader

les produits terminaux des métabolismes particuliers des oses, des acides gras et de nombreux

acides aminés. Il produit la plus grande partie de l’énergie dont les cellules ont besoin.

Certains composés intermédiaires du cycle de Krebs sont aussi le point de départ de réactions

biosynthétiques. Il comporte 8 réactions.

1. Synthèse de l’acide citrique

A partir de l’oxaloacétate et de l’acétyl CoA la réaction catalysée par la citrate synthétase

donne l’acide citrique et le CoASH.

2. Isomérisation en acide isocitrique

Catalysée par l’aconitase, la réaction se fait en deux temps. Il s’agit du départ d’une molécule

d’eau et d’une hydratation dans une autre position. Ainsi l’acide citrique donne l’acide cis

aconitique qui donne ensuite l’acide isocitrique.

3. Déshydrogénation et décarboxylation de l’acide isocitrique

L’isocitrate est déshydrogéné en acide oxalosuccinique puis décarboxylé en acide alpha-

cétoglutarique par l’isocitricodéshydrogénase, une enzyme à NAD.

4. Décarboxylation oxydative de l’acide alpha cetoglutarique en succinyl-CoA

La réaction est catalysée par l’alpha cétoglutarate déshydrogénase, une enzyme à NAD

5. Désacylation du succinyl-CoA

Sous l’action de la succinate thiokinase, une molécule de GDP est phosphorylée en GTP

tandis que le CoA SH est libéré. C’est une réaction de phosphorylation liée au substrat.

6. Déshydrogénation de l’acide succinique

La succinate déshydrogénase, une enzyme à FAD catalyse la déshydrogénation de l’acide

succinique en acide fumarique.

7. Fixation d’une molécule d’eau

La fumarase fixe une molécule d’eau à l’acide fumarique pour donner l’acide malique.

8. Déshydrogénation du L-malate

La malate déshydrogénase, enzyme à NAD catalyse la transformation de l’acide malique en

acide oxaloacétique.

Figure : Réactions du cycle de Krebs

Bilan des réactions du cycle de Krebs :

Acétyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O ===► 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 +

GTP + 2 H+ + CoA







GTP + 2 H+ + CoA







GTP + 2 H+ + CoA

Incidence énergétique de la respiration et de la fermentation

La respiration aboutit à la dégradation complète du substrat ce qui entraîne une libération

importante d’électrons et de protons. De plus lorsque l’accepteur final est l’oxygène

moléculaire sa réduction est exothermique. La fermentation correspond à une oxydation

incomplète qui se traduit par la libération de moins d’électrons et de protons. Les conditions

physiologiques et la nature de la voie utilisée conditionnent donc la dégradation du substrat et

le rendement énergétique qui en découle.

Oxydation aérobie du glucose

C6H12O6 + 6 O2 ==► 6 CO2 + 6 H2O + 668000 cal

Cette réaction s'accompagne de la synthèse de 36 ou 38 ATP.

Fermentation alcoolique du glucose

C6H12O6 ==► 2 CO2 + 2 C2H50H + 54000 cal

La glycolyse en conditions anaérobies libère uniquement 2 ATP par glucose fermenté.

Oxydation du glucose par la voie des pentoses-phosphates

Ce cycle est une autre voie du catabolisme du glucose. Le glucose 6-phosphate est à la fois le

substrat de la voie des pentoses phosphates et celui de la glycolyse ; le choix relatif entre ces

deux voies dépend des exigences cellulaires ponctuelles en énergie métabolique (ATP) et en

précurseurs biosynthétiques (NADPH et ribose 5-phosphate). Alors que la glycolyse est

ralentie lorsque la charge énergétique est élevée, la glucose 6-phosphate déshydrogénase (et

donc la voie des pentoses phosphates) est inhibée par une concentration élevée de NADPH et

par les intermédiaires de la biosynthèse des acides gras. Elle a en commun avec la glycolyse

le G-6-P, le F-6-P et les trioses phosphates. Les réactions spécifiques du cycle des pentoses

sont divisées en deux parties. Une phase oxydative qui produit le NADPH2 et une phase

d’interconversions qui produit le ribulose-5-P.

Phase oxydative

Après la phosphorylation du glucose catalysée par l’hexokinase en présence d’ATP la suite

des réactions se déroule comme suit :

1. Décarboxylation du G-6-P

Elle se fait en deux étapes. Le G-6-P est oxydé en 6-Phospho-gluconolactone. Cette réaction

est catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase, une enzyme à coenzyme NADP. Ce

composé est instable et la lactone va fixer une molécule d’eau dans la seconde étape et

s’ouvrir pour donner l’acide 6-phosphogluconique. Cette étape est catalysée par une

lactonase.

2. Décarboxylation oxydative du 6-Phosphogluconate

Cette réaction est catalysée par une autre enzyme à coenzyme NADP. L’acide 6-

phosphogluconique est oxydé en acide 3 céto 6-phosphogluconique qui est instable et subit

une décarboxylation pour donner le ribulose 5-phosphate. La réaction est catalysée par la 6-

phosphogluconate déshydrogénase.

Phase d’interconversions des sucres

Cette phase comporte deux étapes. Pour la première étape, le ribulose-5-phosphate est

transformé par des épimérisations et des isomérisations. Le ribulose 5-phosphate est le

substrat de deux réactions :






lactonase.















lactonase.










- épimérisation du ribulose 5-phosphate en xylulose-5-phosphate sous l’action de la

phosphopentose épimérase.

- isomérisation du ribulose-5-P en ribose-5-P catalysée par la phosphopentose isomérase.

La seconde étape comporte également des réactions qui catalysent l’interconversion des

glucides à 3, 4, 5, 6 et 7 carbones. Elles se distinguent par le nombre de carbones transférés :

- la réaction de trancétolisation consiste à rompre un résidu glycoaldéhyde (C2) du xylulose-

5-P et à le transférer sur le ribose-5-P pour donner le sedoheptulose. La réaction est catalysée

par une transcetolase, enzyme à coenzyme TPP. Elle concerne les réactions 1 et 3 de cette

étape qui en compte trois.



















- la réaction de transaldolisation au cours de laquelle les 3 premiers carbones (C3) du

sedoheptulose sont détachés et transférés sur le 3 PGA pour donner le fructose 6 P. Cette

réaction est catalysée par la transaldolase.

Bilan du cycle




Bilan du cycle




Bilan du cycle

Figure : Cycle des pentoses phosphates

Après un tour de cycle le bilan indique :

G-6-P + 6 NADP ===► PGA + 3 CO2 + 6 NADPH2Tout se passe comme si la moitié d’une molécule de glucose était oxydée en CO2 et H2O. En

réalité le bilan moléculaire est plus difficile à établir car il varie selon les besoins en NADPH2

ou en molécules carbonées.

En fait, le bilan de la réaction des pentoses varie selon les besoins physiologiques. En fonction

de ces besoins cellulaires, le métabolisme du glucose 6-phosphate peut se dérouler selon

quatre situations différentes. :

- la cellule nécessite à la fois du NADPH2 et du ribose 5-phosphate

Le segment oxydatif de la voie des pentoses phosphates produit deux NADPH et un ribulose

5-phosphate qui sera transformé en ribose 5-phospate, principal produit carboné.

Bilan de la réaction :

Glucose 6-phosphate + 2 NADP+ + H2O ===> Ribose 5-phosphate + 2 NADPH2 + CO2

- la cellule a besoin d'une plus grande quantité de ribose 5-phosphate que de NADPH2Le segment oxydatif est court-circuité, le glucose 6-phosphate va être transformé, par la voie

de la glycolyse, en fructose 6-phosphate et glycéraldéhyde 3-phosphate. Ces intermédiaires

seront transformés par la transaldolase et la transcétolase en ribose 5-phosphate.


5 glucose-6-phosphate + ATP ===> 6 ribose-5-phosphate + ADP

- la cellule a besoin d'une plus grande quantité de NADPH2 que de ribose 5-phosphate























Le segment oxydatif de la voie des pentoses phosphates forme du NADPH et du ribose 5-

phosphate. Celui-ci sera transformé par la partie non oxydative en fructose 6-phosphate et

glycéraldéhyde 3-phosphate. Ces intermédiaires redonneront du glucose 6-phosphate par la

néoglucogenèse. Ainsi, l'équivalent d'un glucose 6-phosphate va être totalement oxydé en

CO2 avec libération concomitante de NADPH.

Bilan de la réaction

Glucose-6-phosphate + 12 NADP+ + 6 H2O ===> 6 CO2 + 12 NADPH2 + Pi

- besoins en NADPH2 et ATP mais pas de ribulose

Ce besoin simultané de NADPH et d'ATP implique que le ribose 5-phosphate, produit par la

segment oxydatif, soit converti en fructose 6-phosphate et glycéraldéhyde 3-phosphate

comme dans le mode 3. Par contre, ces métabolites suivront la voie glycolytique (et non la

néoglucogenèse) et produiront du pyruvate et de l'ATP.


3 G-6-P + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP ===> 5 Pyruvates + 3 CO2 + 6 NADPH2 +

5 NADH2 + 8 ATP + 2 H2O

Entrée des autres oses dans les voies d’oxydation du glucose

Les enzymes de la glycolyse sont très spécifiques. Afin de permettre le catabolisme des autres

oses, des enzymes spécifiques les transforment en glucose ou en d’autres composés

correspondants aux intermédiaires de la glycolyse.

Le fructose

Le métabolisme du fructose rejoint celui du glucose en plusieurs points. Ces interconnexions

nécessitent les réactions suivantes.

1. Phosphorylation du fructose

Le fructose est phosphorylé en position 1. La réaction est catalysée par la fructokinase. Une

molécule d’ATP est consommée.

2. Scission du F1P

Le F1P est scindé en DHAP et glycéraldéhyde. La réaction est catalysée par l’aldolase.

3. Phosphorylation du glycéraldéhyde





Le fructose






2. Scission du F1P







Le fructose






2. Scission du F1P



En présence d’ATP, la phosphoglycéraldéhyde kinase phosphoryle le glycéraldehyde en

position 3.

4. Combinaison des trioses phosphates

Le 3 PGA et le DHAP sont combinés par l’aldolase pour donner le fructose 1-6 diP.

Figure : Voie d’entrée du fructose dans la glycolyse (dans le foie)

Dans les autres tissus ou organes, le fructose est phosphorylé en F-6-P par une hexokinase. Le

F-6-P sera ensuite isomérisé en F-1-P pour rejoindre la glycolyse. Dans certains cas il est

directement phosphorylé en F-1-P.

Figure : Voie d’entrée du fructose dans la glycolyse (dans les autres organes)

Le galactose

Le galactose est phosphorylé en présence d’ATP par la galactokinase en Gal 1 P. La

galactose-1-P uridyl transférase catalyse la réaction de transfert entre le galactose-1-P et

UDPG pour donner le G-1-P qui peut suivre la voie de la glycolyse ou de la glyconéogénèse.


position 3.








Le galactose





position 3.








Le galactose




Figure : Voie d’entrée du galactose dans la glycolyse

Le Mannose

L’entrée dans la glycolyse se fait par le F6P après deux réactions consécutives :

- Le mannose est phosphorylé par une hexokinase. La réaction consomme une molécule

d’ATP.

- Le mannose 6 P est isomérisé en F6P par une mannose 6 P isomérase

Figure : voie d’entrée du mannose dans la glycolyse

BIOSYNTHESE DES GLUCIDES

Voies de biosynthèse du glucoseLe glucose est synthétisé par néoglucogénèse c’est-à-dire à partir de composés non

glucidiques comme le pyruvate, le lactate, le glycérol etc. ou par photosynthèse (chez les

plantes).

Gluconéogenèse à partir du pyruvate

A partir du pyruvate, la voie de biosynthèse est partiellement inverse de celle de la glycolyse.

En effet la biosynthèse du PEP à partir de l’acide pyruvique, la déphosphorylation du fructose

1-6 diP et la déphosphorylation du glucose-6-P ne sont pas catalysées par les mêmes enzymes

contrairement aux autres réactions de la glycolyse.


Le Mannose



d’ATP.






plantes).







Le Mannose



d’ATP.






plantes).






Biosynthèse du PEP à partir de l’acide pyruvique

Du fait de la barrière énergétique élevée la synthèse du PEP à partir du pyruvate se fait en

deux étapes dans lesquelles il y a utilisation d’ATP et GTP. Le pyruvate est transformé en

oxaloacétate par la pyruvate carboxylase, enzyme à coenzyme biotine (vitamine, transporteur

de CO2). L’oxaloacétate ne peut sortir de la mitochondrie. A cet effet il est réduit en malate

qui sort de la mitochondrie. Le malate est réoxydé en oxaloacétate dans le cytosol et la série

de réaction se poursuit. La réduction et la reoxydation sont catalysées par la malate

déshydrogénase. L’oxaloacétate régénéré est subit une décarboxylation oxydante catalysée

par PEP carboxykinase pour donner le PEP.

Déphosphorylation du F-1,6-P en F-6-P

Cette réaction est catalysée par la fructose-1,6- di phosphatase. Cette enzyme est et activée

par le 3-PGA.

Déphosphorylation du G-6-P en glucose

La réaction est catalysée par la fructose-6-phosphatase. Cette enzyme est inhibée par le

glucose.












par le 3-PGA.



glucose.












par le 3-PGA.



glucose.

En résumé la gluconéogénèse à partir du pyruvate peut se représenter par la figure suivante :

Figure : gluconéogénèse à partir du lactate ou du pyruvate

Le bilan métabolique pour la synthèse d’un glucose s’établit comme suit :

2 pyruvates + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH2 + 4 H2O

2 Pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O ===► Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi

+ 2 NAD+ + 2 H+

Gluconéogenèse à partir du lactate (cycle de Cori)

Encore dit cycle du glucose et de l’acide lactique, il met en jeu le muscle, le sang et le foie.

Dans ce cycle, l’effort musculaire en anaérobie utilise rapidement le glucose qui est oxydé et

libère du pyruvate. Le pyruvate est réduit en lactate par l’excédent de NADH. Le lactate est

transporté par le sang vers le foie dont le métabolisme fonctionne toujours en aérobiose. Le

foie resynthétise du glucose par la gluconéogénèse à partir du lactate. Le foie libère le glucose

dans la circulation où il peut à nouveau être oxydé par les muscles.

Figure : Cycle de Cori

Gluconéogenèse à partir des intermédiaires du cycle de Krebs

L’acide oxaloacétique est un précurseur du PEP. C’est aussi le point d’arrivée du cycle de

Krebs après oxydation de l’acétyl CoA. Les intermédiaires du cycle de Krebs peuvent donc

être des précurseurs du glucose de même que les acides aminés qui se transforment en

intermédiaires du cycle de Krebs sont glycoformateurs.

Figure : Entrée des intermédiaires du cycle de Krebs

Gluconéogenèse à partir du glycérol

Le glycérol intègre les réactions de synthèse du glucose au niveau du DHAP à la suite des

réactions suivantes :

Phosphorylation du glycérol en glycérol-P par une glycérokinase. Le glycérol-P est ensuite

oxydé en DHAP par une glycérolphosphate déshydrogénase enzyme à coenzyme NAD.

Gluconéogénèse à partir des Acides aminés

Les acides aminés qui se transforment en intermédiaires du cycle de Krebs ou en constituants

du pyruvate sont glycoformateurs. Ainsi les acides aminés ala, ser ,cys, gly passent par l’acide

pyruvique ; glu, arg, his, pro, gln passent par acide alpha-cetoglutarique ; thr, val, met, ile

passent par le propionyl puis le succinyl ; asn, asp, tyr, phe passent par l’acide fumarique ; asn

et asp passent aussi par l’acide oxaloacétique puis sont convertis en glucose par la

néoglucogénèse.

Gluconéogenèse à partir des lipides : cycle du Glyoxylate

Les végétaux et certains microorganismes peuvent se développer sur de l'acétate (deux atomes

de carbone) comme seule source de carbone. Ils utilisent une voie anabolique qui est une













néoglucogénèse.
















néoglucogénèse.




variante du cycle de Krebs, le cycle du glyoxylate dont les enzymes sont contenues dans les

glyoxysomes. Pour cela, deux enzymes sont nécessaires :

- l'isocitrate lyase qui catalyse le clivage aldolique de l'isocitrate

- la malate synthase qui assure la condensation de l'acétyl CoA sur le glyoxylate.

L'acétate est tout d'abord converti par l'acétyl CoA synthétase en acétyl CoA qui entre dans le

cycle du glyoxylate. Le succinate libéré peut être converti en oxaloacétate par le cycle de

Krebs puis en glucose par la néoglucogénèse. Les vertébrés ne possèdent pas le cycle du

glyoxylate

Bilan de la réaction:

2 Acétyl CoA + NAD+ + 2 H2O -------> Succinate + 2 CoASH + NADH

Figure : Shunt du glyoxylate

Formation photosynthétique du glucose : voie de Calvin

C’est une autre voie de synthèse du glucose. Cette biosynthèse comporte une phase dite

lumineuse au cours de laquelle sont formés l’ATP et le NADPH, suivie d’une phase dite

obscure qui aboutit à la synthèse du glucose à partir du CO2 dans le cycle de Calvin.

Réactions du cycle de Calvin

1. carboxylation

Une molécule de CO2 est fixée au Ribulose-1,5-diphosphate qui est ensuite hydrolysé en 2

molécules de 3-phosphoglycérate. La réaction est catalysée par la Ribulose -1,5-diphosphate

carboxylase ou RuBisCO.

2. phosphorylation

Le 3-P-Glycérate est phosphorylé par l’ATP en 1,3-diphosphoglycérate. La réaction est

catalysée par la phophoglycérate kinase (PGK)

3. réduction

Le 1,3- diphosphoglycérate est réduit en 3-PGA avec libération d’un Pi par l’action de la

phosphoglycéraldéhyde déshydrogénase, une enzyme à NADP.

A ce stade, deux options sont possibles.

- Le 3-PGA peut entrer dans la voie de la néoglucogénèse.

- Le 3-PGA peut aussi continuer dans le cycle de Calvin par les réactions de synthèse et de

régénération du Ribulose. (cf cycle des pentoses).

4. transcétolisation

Transfert d’un groupement cétone entre le fructose-6-P et une molécule de 3 PGA par une

transcétolase pour former une molécule d’érythrose-4-P et une de xylulose-5-P.

5. condensation

Entre une molécule de DHAP (isomérisation de 3-PGA) et l’érythrose -4-P par l’aldolase pour

donner le sedohptulose -1,7-diP qui est ensuite déphosphorylé en sedoheptulose-7-P sous

l’action de l’heptose diphosphatase.

6. Transcétolisation

Entre le 3-PGA et le sedoheptulose-P pour former une molécule de xylulose-5-P et une

molécule de ribose-5-P sous l’action d’une transcétolase.

7. Epimérisation

Elle peut se faire de cétose à cétose pour donner du ribose-5-P à partir du xylulose 5-P

catalysée par la ribulose-5-P épimérase.

Elle se fait aussi de cétose à aldose pour donner du ribose-5-P à partir du ribulose-5-P sous

l’action de la ribulose-5-P épimérase.

8.Phosphorylation

La ribulose-5-P kinase fixe un second phosphate sur le ribose-5-P pour donner le ribulose 1,5-

diphosphate qui va reprendre le cycle en fixant un CO2.


6 CO2+18 ATP + 12 H2O + 12 NADPH2 ====► glucose + 18 Pi +18 ADP + 12 NADP+

Figure : Cycle de Calvin

Le cycle de Calvin qui régénère les pentoses-P à partir des trioses-P et des hexose-P passe par

les mêmes réactions que celles qui régénèrent les hexose-P à partir des pentoses-P à deux

différences près :

- la transaldolisation de la voie des pentoses-P (3+7=6+4), est remplacé par une condensation

aldolique (3+4=7).

- l’utilisation de NADPH dans le cycle de Calvin au lieu de NADH dans la voie des pentoses.

Biosynthèse des polyosides

Biosynthèse des diosides (lactose, saccharose)

Elle passe par des réactions qui créent une ou plusieurs liaisons osidiques entre un petit

nombre de résidus d’oses sous l’action de glycosyl-transférases dont le mécanisme d’action

est le suivant :

Nucléoside-diphospho-ose + accepteur ===► oligoside + nucléoside-diphosphate

Exemple : la synthèse du lactose

UDP-galactose + glucose ===► lactose + UDP (catalysée par la lactose synthétase)

Exemple : la synthèse du saccharose

UDP-glucose + fructose ===► saccharose + UDP (catalysée par la saccharose synthétase).

Voies de biosynthèse du glycogène et de l’amidon

La biosynthèse du glycogène compte trois étapes

Réaction 1

Le glucose est phosphorylé en G-6-P par l’hexokinase ou la glucokinase en présence d’ATP

Glucose + ATP ===► G-6-P

Réaction 2

Le G-6-P est isomérisé en G-1-P par la phosphoglucomutase.

G-6-P ===► G-1-P

Réaction 3

La synthèse effective du glucogène comporte une phase d’allongement des chaines et une

phase de ramification :

- Allongement

Dans cette étape, le G-1-P réagit avec l’UTP pour former l’UDPG. La réaction est catalysée

par l’UDPG pyrophosphorylase

G-1-P + UTP ===► UDPG + PPi

L’UDPG cède le glucose à un fragment de glycogène préexistant selon une réaction catalysée

par la glucogène synthétase.

UDPG + glycogène (n glucose) ====► UDP + glycogène (n+1 glucoses)

La glucogène synthétase catalyse uniquement l’allongement en position 1-4.

- Branchement

Les ramifications sont réalisées par l’amylo (1,4-1,6) transglucosidase. Elle coupe des petits

polymères de glucose de la chaine et les transporte en position (1-6) à un autre endroit de la

molécule pour créer un début d’embranchement.

Figure : Biosynthèse du glycogène

METABOLISME CELLULAIRE DES LIPIDES

CATABOLISME DES METABOLITES LIPIDIQUES

Les triacylglycérols sont la forme principale de stockage des acides gras. Pour les utiliser il

faut hydrolyser les triacylglycérols accumulés dans les adipocytes ou assimilés. Les

glycérides sont hydrolysés par les lipases pour libérer les acides gras et le glycérol dans les

tissus au fur et à mesure des besoins.

Figure : hydrolyse d’un TG

Oxydation cellulaire des acides grasLes acides gras produisent environ 95% de l’énergie des triglycérides. Alors que le glycérol

peut être converti en DHAP et former du glucose par la gluconéogenèse, les acides gras sont

dégradés par les réactions de la beta-oxydation.

Mécanisme de la beta-oxydation

Les travaux de KNOOP en 1904 sur des acides gras marqués par un radical phenyl

administrés à des animaux ont montré que les AG à nombre pair donnaient de l’acide phenyl

acétique alors les AG impairs donnaient de l’acide phenylpropionique confirmant l’hypothèse

de leur dégradation par la libération de fragments dicarbonés. Cependant, il aura fallu attendre

d’autres travaux dont ceux de Lynen pour montrer que les AG sont oxydés par une série

cyclique de réactions aboutissant à la libération de molécules dicarbonées et d’une chaîne

d’AG raccourcie de 2 carbones à la fin de chaque cycle.





































Activation et entrée des acides gras dans les mitochondries

Les acides gras sont activés pour former un Acyl-CoA dans le cytoplasme. A cet effet, le

coenzyme A (CoASH) se fixe par une liaison thioester sur le carboxyle de l’acide gras. La

réaction catalysée par une acide gras thiokinase spécifique selon que l’acide gras renferme

plus ou moins 12 carbones, nécessite la présence d’ions Mg2+ et l’hydrolyse d’une ou deux

molécules d’ATP.

Les acides gras activés sont transférés dans la matrice mitochondriale. Une navette, la

carnitine permet à l’acide gras de traverser la membrane mitochondriale. A cet effet l’acyl-

CoA se lie à la carnitine pour former l’acylcarnitine en présence d’acyl CoA carnitine

transférase. A l’intérieur de la mitochondrie l’acyl-CoA est restitué. Les AG à chaîne courte

(2 à 10 carbones) traversent la membrane interne sous forme d'acides gras libres et sont

activés en acyl-CoA directement dans la matrice.

Beta-oxydation des acides gras saturés (exemple : palmitate)

L’acylCoA résultant des acides gras saturés à nombre pair de carbones est soumis à la série de


Formation d’une double liaison par déshydrogénation

L’acyl CoA est déshydrogéné par l’acyl CoA deshydrogénase, une enzyme à FAD pour

donner le déhydroacyl CoA.






molécules d’ATP.


















molécules d’ATP.













Hydratation

La déhydroacyl CoA hydratase fixe une molécule d’eau sur la double liaison pour donner le

beta-hydroxyacyl CoA.

Déshydrogénation

Le beta-hydroxyacyl Coa est déshydrogéné par l’hydroxyacyl CoA déshydrogénase, une

enzyme à NAD pour donner le beta-cetoacyl CoA.

Hydratation



Déshydrogénation



Hydratation



Déshydrogénation



Coupure du composé dicarboné

le beta-cetoacyl CoA subit une thiolyse en présence de CoASH. La réaction catalysée par la

beta-cétothiolase libère un acetyl CoA et un acyl CoA ayant 2 carbones de moins.

L’acyl CoA (n-2C) reprend le même cycle de réactions jusqu’à ce qu’il comporte moins de

quatre carbones. Chaque tour de cycle réactionnel constitue la boucle d’une hélice et

l’ensemble du processus est appelé hélice de Lynen. L’oxydation complète d’un AG à nombre

pair de carbones (2nC) se fait en n-1 tours de cycles.

Ainsi, l'ensemble des réactions de la beta- oxydation du palmitate (16 carbones) en 7 tours

donne le bilan suivant.

Palmitate + 2 ATP + 8 CoASH + 7 NAD+ + 7FAD + 7H2O ====> 7 NADH+ + 7H+ +

7FADH2 + 8 Acétyl CoA + 2 ADP + 2 Pi























Au final, l'acide gras est transformé en unités Acétyl-CoA permettant la formation de NADH

+ H+ et FADH2 soit 5 (NADHx3 +FADH2x2) ATP par tour d'hélice. L'absence d'oxygène

stoppe la beta oxydation par manque de coenzymes oxydés c'est donc un métabolisme

aérobie.

Béta-oxydation des acides gras à nombre impair de carbones

L’activation, l’entrée dans la mitochondrie et les cycles de beta-oxydation sont identiques. La

seule différence est qu’il reste en fin de dégradation une molécule de propionyl CoA. Cette

molécule pénètre dans le cycle de Krebs après sa transformation en succinyl-CoA.

Oxydation des acides gras insaturés

Les doubles liaisons des AG insaturés sont décalées par rapport au processus de la beta-

oxydation. Lorsque la réaction arrive à leur niveau, la déhydroacyl CoA isomérase déplace la

double liaison d’un carbone et transforme aussi l’isomère cis en isomère trans ce qui permet la

suite de la beta-oxydation. Au bilan énergétique cela se traduit par un déficit d’un FAD red

par double liaison. (Nouvelle hypothèse avec deux enzymes. Une réductase NADPH

dépendante et une isomérase).

Biosynthèse des lipides

Biosynthèse des acides gras saturés

La principale voie de synthèse des AG est cytosolique et nécessite de l’énergie fournie sous

forme d’ATP, des réducteurs NADPH et des précurseurs (AcetylCoA). L’acetyl CoA qui est

le point de départ de la synthèse des AG provient de la dégradation des AG, des AA

cétogènes et de la glycolyse après transformation de l’acide pyruvique en acetyl CoA.

Transfert cytoplasmique de l’acétyl CoA

Le point dedépart de a synthèse des AG est l’acétyl-CoA. L’acetyl CoA qui est produit dans la

mitochondrie rejoint le cytosol par deux voies :

- voie de l’acide citrique

L’acetyl CoA se combine à l’acide oxaloacétique pour donner de l’acide citrique. La réaction

est catalysée par la citrate synthétase. L’acide citrique traverse la paroi de la mitochondrie et

reforme l’acétyl CoA par hydrolyse de l’acide citrique. Cette réaction est catalysée par la

citrate lyase avec consommation d’une molécule d’ATP.

- voie de la carnitine

L’acetyl CoA se combine à la carnitine pour donner l’acetylcarnitine. Cette réaction est

catalysée par l’acylCoA carnitine transférase. L’acetylcarnitine traverse la paroi

mitochondriale et restitue l’acétyl CoA dans le milieu extramitochondrial.

Les étapes de la synthèse :

1. Formation du malonyl CoA

Une réaction de carboxylation transforme l’acétylCoA en malonylCoA. La réaction est

catalysée par l’acétyl CoA carboxylase, avec la consommation d’1 ATP. Le coenzyme de

l’enzyme est la biotine.

2. Fixation sur l’ACP

Le malonyl CoA et et l’acétyl CoA sont transférés sur l’ACP (Acyl Carrier Protein) par des

réactions distinctes catalysées respectivement par la malonyl transacylase et par l’acetyl

transacylase.

3. Condensation

La beta-cétoacyl ACP synthétase catalyse la condensation du malonyl-ACP et de l’acétyl-

ACP en acétoacétyl-ACP avec élimination d’1 CO2.












transacylase.

3. Condensation














transacylase.

3. Condensation



4. Réduction de la cétone

L’acétoacétyle est réduit beta-hydroxybutyryl-ACP par une enzyme à NADPH2 la beta-

cétoacyl ACP réductase.

5. Déshydratation

Le départ d’une molécule d’eau du beta-hydroxyacyl-ACP est catalysée par la beta-

hydroxyacyl ACP déshydratase pour donner le beta-dehydroacyl-ACP.




5. Déshydratation






5. Déshydratation



6. Hydrogénation

La double liaison du beta-dehydroacyl ACP est réduite par une enzyme à NADPH2, la beta-

dehydroacyl ACP reductase pour donner le butyryl ACP.

Le butyryl-ACP va entrer à nouveau dans le cycle de réactions à partir de la condensation

avec le malonyl-ACP et s’agrandir ainsi de 2 carbones. Le cycle se répète jusqu’à l’obtention

de l’acyl-ACP souhaité. Après 7 tours on arrive au palmityl-ACP. L’acide gras est libéré par

une palmityl désacylase. Toutes ces enzymes constituent un complexe multifonctionnel qui

est l’acide gras synthétase.

Au-delà de l’acide palmitique, l’élongation en C18 varie selon qu’elle se fait dans les

microsomes ou dans les mitochondries. Dans les microsomes, le palmityl-CoA va donner le

6. Hydrogénation










6. Hydrogénation










stéaryl-ACP. L’acide stéarique est libéré par action de la stéaryl-ACP thioestérase ou stéaryl

desacylase. Dans les mitochondries, l’allongement utilise les réactions inverses de la beta-

oxydation sauf au niveau de la dernière étape (en remontant) où l’acylCoA oxydoréductase

(enzyme à coenzyme FAD) est remplacée par une déhydro-acylCoA reductase (enzyme à

coenzyme NADPH2).

Biosynthèse des acides gras désaturés

La formation de doubles liaisons met en jeu une oxygénase microsomale à NADP. Ainsi

l’acide palmitique est converti en acide palmitoléique, l’acide stéarique est converti en acide

oléique. Les mammifères n’ont pas la capacité d’introduire des double-liaison aux atomes de

carbone au-delà de C-9 dans une chaîne d’acides gras. Il faut donc assimiler certains acides

gras, qui sont donc appelés essentiels (par ex. ceux-là connus comme ω3 et ω6)

Formation des corps cétoniques (cétogénèse)

Une série de réactions (qui se déroulent surtout dans le foie) permet la production de

molécules appelées «corps cétonique» à partir de l’acétyl-CoA. Ce sont l’acétoacétate, D-β-

hydroxybutyrate et acétone. L'acétoacétate est formé en trois étapes à partir d'acétyl CoA. La

réduction de l'acétoacétate donne du D-β-hydroxybutyrate. Une partie de l'acétoacétate subit

une décarboxylation lente et spontanée en acétone.

L’acétoacétate est une importante source d’énergie, en condition normale surtout pour le

muscle cardiaque, et en condition de jeûne prolongé aussi pour le cerveau (qui normalement

utilise le glucose). L’acétoacétate produit dans le foie est transporté par le sang vers les tissus

périphériques qui le retransforment en Acétyl-CoA qui sera oxydé dans le cycle de Krebs.

Biosynthèse des triglycérides

Elle a lieu dans le réticulum endoplasmique. Les triglycérides sont intensément fabriqués dans

le foie et dans les cellules adipeuses (adipocytes) et intestinales. Chez les végétaux supérieurs

et les animaux, les lipides ont deux précurseurs ; le L-glycérol et l'acétyl-CoA.

Origine du glycérol

Il est synthétisé à partir de L-glycérol-3-phosphate qui lui-même provient soit de la réduction

de la dihydroxyacétone P catalysée par la glycérol phosphate déshydrogénase soit de la

phosphorylation du glycérol catalysée par la glycérol kinase.

Réactions de la synthèse

La synthèse comporte trois étapes : formation de l’acide phosphatidique, déphosphorylation

de ce dernier en diglycéride et estérification de la dernière fonction alcool du glycérol.

Formation de l'acide phosphatidique

Deux acyl-CoA réagissent avec le glycérol pour donner l'acide phosphatidique ou

diacylglycérol-3-P. Les fonctions alcools primaire et secondaire du glycérol sont estérifiées

grâce à l'action de l'acyl transférase.

Formation du diacylglycérol ou diglycéride

C’est le résultat du départ du groupement phosphate de l’acide phosphatidique. La

réaction est catalysée par une hydrolase appelée phosphatidate phosphatase.

Formation du triacylglycérol ou triglycéride

Le diacylglycérol réagit avec un acyl-CoA pour donner le triglycéride. Tous les acides gras

peuvent être différents. Une acyl-CoA transférase intervient.

Les triacylglycérols sont libérés dans le cytosol sous forme de gouttelettes lipidiques ou dans

la lumière du réticulum endoplasmique. Dans les adipocytes, ces gouttelettes fusionnent et

migrent vers les grands globules lipidiques centraux. Dans les cellules hépatiques et

intestinales, les triacylglycérols sont enveloppés d'une couche de protéines donnant des

lipoprotéines (Chylomicrons et VLDL)

Biosynthèse des glycérophospholipides

La synthèse des triglycérides et celle des phospholipides utilisent les mêmes étapes

enzymatiques jusqu’au niveau du diacylglycérol. Puis des réactions spécifiques permettent de

fixer l�

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LICENCE III BIOCHIMIE, GENETIQUE, BIOLOGIE CELLULAIRE UE ...bchgene.c.b.f.unblog.fr/files/2014/04/cm-biochimie... · sous forme de di et tripeptides par le transporteur Pept-1. Le