né l’P ): l’ac é l -A H III - E II – ES I – S N SE S N I – S …mboursereau.free.fr/wordpress/p1cam/UE1/Biochimie...Synthèse des acides gras et des triglycérides Introduction

Synthèse des acides gras et des triglycérides

Introduction : Cʼest un phénomène très important car les acides gras sont la principale réserve énergétique. La biosynthèse des ag a lieu dans le foie, le tissu adipeux, et lʼintestin. Elle est réalisée par des voies métaboliques et dans des compartiments subcellulaires différents de la dégradation oxydative. Elle nécessite essentiellement 2 substrats (en plus de lʼATP) : lʼacétyl-CoA et le NADPH.

Dʼou proviennent ces 2 substrats : - le NADPH est fourni soit par la voie des pentos-phos soit par la réaction catalysée par

lʼenzyme malique- lʼacétyl-CoA provient essentiellement de la dégradation des glucides. La glucolyse

aboutit au pyruvate qui est tranformé en acCoA dans la mitochondrie. La sortie de lʼactéyl-CoA se fait de manière indirecte par lʼintermédiaire du citrate qui utilise le transporteur des tricarboxylates. Dans le cytoplasme, lʼactéyl-CoA est reformé par la réaction catalysée par la citrate lyase :

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SYNTHESESYNTHESE DES ACIDES GRAS ET TRIGLYCERIDESDES ACIDES GRAS ET TRIGLYCERIDES

INTRODUCTIONINTRODUCTION

I I –– BIOSYNTHESE DES ACIDES GRASBIOSYNTHESE DES ACIDES GRAS

II II –– BIOSYNTHESE DES TRIGYCERIDESBIOSYNTHESE DES TRIGYCERIDES

III III -- REGULATION DE LA BIOSYNTHESEREGULATION DE LA BIOSYNTHESE



La biosynthLa biosynthèèse des acides gras a lieu dans le foie, le tissu se des acides gras a lieu dans le foie, le tissu adipeux et ladipeux et l’’intestin.intestin.

Elle est rElle est rééalisaliséée par des voies me par des voies méétaboliques et dans des taboliques et dans des compartiments subcellulaires diffcompartiments subcellulaires difféérents de la drents de la déégradation gradation oxydative.oxydative.

Elle nElle néécessite essentiellement 2 substrats (en plus de lcessite essentiellement 2 substrats (en plus de l’’ATPATP): ): ll’’acacéétyltyl--CoACoA et le NADPHet le NADPH

INTRODUCTION (suite)INTRODUCTION (suite)

DD’’ooùù proviennent ces 2 substrats: proviennent ces 2 substrats: * * le NADPHle NADPH est fourni soit par la voie des est fourni soit par la voie des pentosepentose--phosphatesphosphates, , soit par la rsoit par la rééaction catalysaction catalyséée par le par l’’enzyme malique.enzyme malique.

* * l’acétyl-CoA provient essentiellement de la dprovient essentiellement de la déégradation des gradation des glucides. glucides. La glycolyse aboutit au La glycolyse aboutit au pyruvatepyruvate qui est transformqui est transforméé en en acacéétyltyl--CoACoA dans la mitochondrie. La sortie de ldans la mitochondrie. La sortie de l’’acacéétyltyl--CoACoA se fait de se fait de manimanièère indirecte par lre indirecte par l’’interminterméédiaire du citrate qui utilise le diaire du citrate qui utilise le transporteur des transporteur des tricarboxylatestricarboxylates. . Dans le cytoplasme, lDans le cytoplasme, l’’acacéétyltyl--CoACoA est reformest reforméé par la rpar la rééaction action catalyscatalyséée par la citrate e par la citrate lyaselyase::

Citrate + ATP + CoA-SH + H2O OA + Acétyl-CoA + ADP + Pi

La synthèse des AG requiert la coopération de plusieurs voies métaboliques situées dans des compartiments cellulaires différents.

NB: l’acétyl-CoA stimule la citrate synthase

La synthèse des AG requiert la coopération de plusieurs voies métaboliques situées dans des compartiments cellulaires différents. La source des unités dicarbonée est le glucose pour synthétiser les ag, il est transformé en pyruvate au niveau de la glycolyse, le pyruvate traverse la m mitochondriale, il peut donner de lʼaccoa de lʼoxaloatétate, qui peuvent se combiner au niveau de la première étape du cycle de Krebs pour donner du citrate. Si on a un potentiel élevé, on a de lʼATP en grande quté et les enzymes sont inhibés, le cycle de Krebs est ralenti, le citrate sera donc utilisé pour la synthèse des ag, il va sortir de la mitonchondrie par son transporteur : les tricarboxylates. Lʼactéyl coa est un stimulateur de la citrate synthase, la concentration élevée en actéyl co permet la synthèse du citrate mais le cycle ne fonctionne pas. On a un passage du citrate au nivau du cytosome grace a la citrate lyase. Lʼoxaloacétate sera transformé en malate ou citrate pour le NADPH.

1








La biosynthLa biosynthèèse des acides gras a lieu dans le foie, le tissu se des acides gras a lieu dans le foie, le tissu adipeux et ladipeux et l’’intestin.intestin.

Elle est rElle est rééalisaliséée par des voies me par des voies méétaboliques et dans des taboliques et dans des compartiments subcellulaires diffcompartiments subcellulaires difféérents de la drents de la déégradation gradation oxydative.oxydative.

Elle nElle néécessite essentiellement 2 substrats (en plus de lcessite essentiellement 2 substrats (en plus de l’’ATPATP): ): ll’’acacéétyltyl--CoACoA et le NADPHet le NADPH

INTRODUCTION (suite)INTRODUCTION (suite)

DD’’ooùù proviennent ces 2 substrats: proviennent ces 2 substrats: * * le NADPHle NADPH est fourni soit par la voie des est fourni soit par la voie des pentosepentose--phosphatesphosphates, , soit par la rsoit par la rééaction catalysaction catalyséée par le par l’’enzyme malique.enzyme malique.

* * l’acétyl-CoA provient essentiellement de la dprovient essentiellement de la déégradation des gradation des glucides. glucides. La glycolyse aboutit au La glycolyse aboutit au pyruvatepyruvate qui est transformqui est transforméé en en acacéétyltyl--CoACoA dans la mitochondrie. La sortie de ldans la mitochondrie. La sortie de l’’acacéétyltyl--CoACoA se fait de se fait de manimanièère indirecte par lre indirecte par l’’interminterméédiaire du citrate qui utilise le diaire du citrate qui utilise le transporteur des transporteur des tricarboxylatestricarboxylates. . Dans le cytoplasme, lDans le cytoplasme, l’’acacéétyltyl--CoACoA est reformest reforméé par la rpar la rééaction action catalyscatalyséée par la citrate e par la citrate lyaselyase::

Citrate + ATP + CoA-SH + H2O OA + Acétyl-CoA + ADP + Pi

La synthèse des AG requiert la coopération de plusieurs voies métaboliques situées dans des compartiments cellulaires différents.

NB: l’acétyl-CoA stimule la citrate synthaseNB : lʼacétyl-CoA stimule la citrate synthase

I- Biosynthèse des acides gras

1- Formation du malonyl-CoA

Le donnneur activé dʼunités dicarbonées est le malonyl-CoA. Réaction des 2 acides gras avec les 2 coA défavorisée donc : Réaction de Décarboxylation . Enzyme : acétyl-CoA carboxylase.

2



I I –– BIOSYNTHESE DES ACIDES GRASBIOSYNTHESE DES ACIDES GRAS11°° Formation du Formation du MalonylMalonyl--CoACoA22°° SynthSynthèèse de lse de l’’AcAc Gras par le complexe AGSGras par le complexe AGS



-OOC CH2 C S-CoA

O

MalonylMalonyl--CoACoA

+ ADP + Pi + H+CH3 C S-CoA

O

AcAcéétyltyl--CoACoA

+ HCO3- + ATP

AcAcéétyltyl--CoACoA CarboxylaseCarboxylase

Etape d’engagement irréversible:rôle-clé dans la régulation de la biosynthèse

Le donneur activé d’unités dicarbonées est le malonyl-CoA


ATP ADP + Pi

CO2E - Biotine E - Biotine ~ COO-

MalonylMalonyl--CoACoA AcAcéétyltyl--CoACoA

Liaison Liaison àà ununrréésidu Lyssidu Lys

CarboxybiotinylCarboxybiotinylenzymeenzyme






Etape dʼengagement irréversible : role-clé dans la régulation de la biosynthèse.

Acétyl-CoA carboxylase

2






-OOC CH2 C S-CoA

O

MalonylMalonyl--CoACoA

+ ADP + Pi + H+CH3 C S-CoA

O

AcAcéétyltyl--CoACoA

+ HCO3- + ATP


Etape d’engagement irréversible:rôle-clé dans la régulation de la biosynthèse

Le donneur activé d’unités dicarbonées est le malonyl-CoA


ATP ADP + Pi

CO2E - Biotine E - Biotine ~ COO-

MalonylMalonyl--CoACoA AcAcéétyltyl--CoACoA

Liaison Liaison àà ununrréésidu Lyssidu Lys

CarboxybiotinylCarboxybiotinylenzymeenzyme






La biotine est liée a lʼenzyme, grace a lʼATP : carbxylation de la biotine et ensuite transfert sur lʼactéyl CoA pour donner le malonyl CoA. Cʼest lʼétape dʼengagement et de régulation de la synthèse des ag.

2- Synthèse de lʼag par le complexe AGsynthase

Les intermédiaires de la synthèse des ag sont attachés a une protéine de trasnprot dʼacyle ou ACP. La synthèse des ag consiste en plusieurs séries de réaction : - condensation - réduction - déshydratation - réduction Les différentes activités enzymatiques sont réunies en une seule chaine polypeptidique appelée A G synthase ou AGS : - domaine 1 : unité dʼentrée et de condensation des substrats. Un tour de cyle on a un ag

a 4 carbone : le butiryl coA, puis nouveau cycle grace a un nouveau malonyl CoA (6C) ....- domaine 2 : unité de réduction - domaine 3 : unité de libération de lʼag : lorsque lʼon a complètement finie la synthèse

(C16) en général on a une enzyme qui permet de libérer lʼag de lʼACP (fait partie de lʼAGS)

Structure de lʼAGS de mammifères : la forme active est un dimère

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Synthèse des Acides Gras

• Les intermédiaires de la synthèse des AG sont attachés à une protéine de transport d’acyles ou ACP

• La synthèse des acides gras consiste en plusieurs séries de réaction:- condensation- réduction- deshydratation- réduction

• Les différentes activités enzymatiques sont réunies en une seule chaîne polypeptidique appelée Acide Gras Synthase ou AGS:- domaine 1: unité d’entrée et de condensation des substrats- domaine 2: unité de réduction- domaine 3: unité de libération de l’acide gras

Structure de l’AGS de mammifères: la forme active est un dimère

C S CoA

O

CH3 C

O

S CoA

MalonylMalonyl--CoACoA AcAcéétyltyl--CoACoA-OOC-CH2

ATAT

C S ACP

O

CH3 C

O

S Cys-

MalonylMalonyl--ACPACP AcAcéétyltyl--EnzEnz (CAS)(CAS)-OOC-CH2

MTMT

Transfert de l’acétyle et du malonyle sur l’AGS

HS-CoA CH3 C S ACP

O

CH2 C

OAcAcéétoto--acacéétyltyl--ACPACP((AcAcéétoto--acylacyl--ACPACP))

C S ACP

O

+ CH3 C

O

S ACP

RRééduction (CAR)duction (CAR)

MalonylMalonyl--ACPACP AcAcéétyltyl--SS--EnzymeEnzyme-OOC-CH2

CH3 C C C S ACP

OH

H H

OH

33 22 11

NADPH

D-3-OH-butyryl-ACP(D-3-OH-acyl-ACP)

NADP+

Condensation (CAS)Condensation (CAS)CO2

3 acitivités enzymatiques : - domaine 1 : AT, MT et CAS : on a le malonyl coa qui va se positionner sur lʼACP grace

au résidu SH (la malonyl transférase), on a lʼacétyl co grace a lʼactéyl transférase au niveau de la CAS par un groupement SH, cette protéine va transférer lʼacétyl sur le malonyl.

Transfert de lʼacétyle et du malonyle sur lʼAGS

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C S CoA

O

CH3 C

O

S CoA


ATAT

C S ACP

O

CH3 C

O

S Cys-


MTMT


HS-CoA CH3 C S ACP

O

CH2 C


C S ACP

O

+ CH3 C

O

S ACP



CH3 C C C S ACP

OH

H H

OH

33 22 11

NADPH


NADP+


Si on fait plusieurs tours on a lʼacéto acyl ACP- domaine 2 : CAR, HAD et ER : réduction déshydratation et réduction

3






C S CoA

O

CH3 C

O

S CoA


ATAT

C S ACP

O

CH3 C

O

S Cys-


MTMT


HS-CoA CH3 C S ACP

O

CH2 C


C S ACP

O

+ CH3 C

O

S ACP



CH3 C C C S ACP

OH

H H

OH

33 22 11

NADPH


NADP+


4

CH3 C C C S ACP

OH

H

CrotonylCrotonyl--ACPACP(!(!(!(!(!(!(!(!22--EnoylEnoyl--ACP)ACP)22 11

RRééduction (ER)duction (ER)NADPH

NADP+

CH3 CH2 CH2 C S ACP

O

Butyryl-ACP(Acyl-ACP)

CH3 C C C S ACP

OH

H H

OH

33 22 11D-3-OH-butyryl-ACP(D-3-OH-acyl-ACP)

DeshydratationDeshydratation (HAD)(HAD)Addition de 2 carbonesà chaque cycle

Malonyl-CoA

H2O

Equation globale de la synthEquation globale de la synthèèse du palmitatese du palmitate

8 Acétyl-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+

Palmitate + 8 CoASH + 14 NADP + + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi

Acétyl-CoA + 7 Malonyl-CoA + 14 NADPH + 20 H+

Palmitate + 8 CoASH + 14 NADP + + 6 H2O + 7 CO2

Synthèse du malonyl-CoA:7Acétyl-CoA + 7 CO2 + 7 ATP 7 Malonyl-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14H+

Synthèse du palmitate à partir des acétyl-CoA:

Synthèse du palmitate à partir de l’acétyl-CoA et du malonyl-CoA:





III III -- REGULATION DE LA BIOSYNTHESE: RôleREGULATION DE LA BIOSYNTHESE: Rôle--clcléé dede

Les Acides gras sont mis en réserve dans le tissu adipeux sous forme de triglycérides

R2 C

O

O

CH2

CH

CH2 C

O

R1O

C

O

R3O

Les acides gras proviennent :- soit d’une synthèse endogène (ce que l’on vient de voir)- soit de l’alimentation : AG exogènes, majoritaires (alimentation équilibrée)

Le glycérol, sous forme de glycérol phosphate vient de la glycolyse (par réduction de la dihydroxyacétone phosphate)

L’estérification des 3 fonctions alcool du glycérol par 3 acides gras aboutit à la formation d’un triglycéride :

Principal site de synthèse et de stockage des TG: cytoplasme des adipocytes

: Déshydratation : départ dʼune molécule dʼeau. Cycle jusquʼau C16 - domaine 3 : PTE : elle va repérer la longueur de la chaine de lʼag, et va agir de manière

a libérer lʼag sous forme libre de palmitate, lʼenzyme est une thiolase ou thioestérase

Equation globale de la synthèse du palmitate

4

CH3 C C C S ACP

OH

H



NADP+

CH3 CH2 CH2 C S ACP

O


CH3 C C C S ACP

OH

H H

OH



Malonyl-CoA

H2O















R2 C

O

O

CH2

CH

CH2 C

O

R1O

C

O

R3O




Principal site de synthèse et de stockage des TG: cytoplasme des adipocytes

II- Biosynthèse des triglycérides

Les ag sont mis en réserve dans le tissu adipeux sous forme de triglycérides. Les ag proviennent : - soit dʼune synthèse endogène (ce que lʼon vient de voir)- soit de lʼalimentation : ag exogènes, majoritaire (alimentation équilibrée)Le glycérol sous forme de glycérilphosphate vient de la glycoluse (par réduction de la dihydroxyacétone phosphate)Lʼestérification des 3 fonctions alcool du glycérol par 3 ag aboutit a la formation dʼun triglycéride :

4

CH3 C C C S ACP

OH

H



NADP+

CH3 CH2 CH2 C S ACP

O


CH3 C C C S ACP

OH

H H

OH



Malonyl-CoA

H2O















R2 C

O

O

CH2

CH

CH2 C

O

R1O

C

O

R3O




Principal site de synthèse et de stockage des TG: cytoplasme des adipocytesPrincipal site de synthèse et de stockage sont les adipocytes

III- Régulation de la biosynthèse

En relation avec lʼacétyl CoA carboxylase qui a un role cléLa biosynthèse des ag est régulée a court terme par la disponibilité des substrats et par des régulations enzymatiques (phosphorylation/dé) (si on a un excès de glucide, on a un excès dʼacétyl coa => donc synthèse dʼAG)

1- Régulation allostéroique

Lʼacétyl CoA carboxylase est : - activée par le citrate (polymérisation de lʼenzyme) : potentiel énergétique très élevé de la

cellule : polymérisation de lʼenzyme qui devient beaucoup plus active - inhibiée par le produit final acyl-CoA (palmityl CoA)

2- Régulation par phosphorylation/dé

- Sous dépendance hormonale : insuline, adrénaline, glucagon- Dans les situations de carence énergétiques : role de la protéine kinase AMP-

dépendante ou AMPL Inactive Ph, et Active déph. Lʼadrénaline et le glucagon active la protéine kinase a qui va phos lʼacétyl co a carboxylase et qui transforme lʼenzyme sous une forme inactive on a une inhibition de la synthèse des ag. Autre régulation de type métabolique par lʼAMP, grace a lʼAMPK (kinase). Si on a une forte concentration en AMP (peu dʼATP) on a une régulation allostérique qui aboutit a lʼinactivation de lʼenzyme et si on a besoin dʼénergie on fait la dégradation de lʼacétyl coA.

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III III -- REGULATION DE LA BIOSYNTHESEREGULATION DE LA BIOSYNTHESE: : RôleRôle--clcléé de lde l’’acacéétyltyl--CoACoA carboxylasecarboxylase

11°° RRéégulation allostgulation allostéériquerique22°° RRéégulation hormonalegulation hormonale

III III -- REGULATION DE LA BIOSYNTHESE:REGULATION DE LA BIOSYNTHESE:

La biosynthLa biosynthèèse des acides gras est rse des acides gras est réégulguléée e àà court terme par la court terme par la disponibilitdisponibilitéé des substrats et par des rdes substrats et par des réégulations enzymatiquesgulations enzymatiques(phosphorylation/d(phosphorylation/dééphosphorylation)phosphorylation)

RôleRôle--clcléé de de l’acétyl-CoA carboxylase (ACC):

11°° RRéégulation allostgulation allostéérique: rique: ll’’acacéétyltyl--CoACoA carboxylase est: carboxylase est: - activée par le citrate (polymérisation de l’enzyme)- inhibée par le produit final acyl-CoA (palmityl-CoA)

2° Régulation par phosphorylation/déphosphorylation- sous dépendance hormonale: insuline, adrénaline, glucagon

- dans les situations de carence énergétique: rôle de la protéine kinase AMP-dépendante ou AMPK

ADPADP

ATPATP

inactiveinactive

ACCACC

PP

activeactive

PP2APP2APKAPKA

HH22OO

PiPiACCACC

AMPKAMPK

AdrénalineGlucagon

Insuline++

Conclusion: l’insuline stimule la synthèse des acides gras et des triglycérides, tandis que le glucagon et l’adrénaline ont l’effet opposé

AMPAMP+

RRééserves Energserves EnergéétiquestiquesHomme de 70 kg

kgkg kJkJ

Métabolisme basal = 8 000 kJ/jour (2000 kcal/jour)Consommation chez un sportif: jusqu’à 12 000 kJ/jourSurvie théorique en cas de grève de la faim ! 80 jours

Triglycérides (tissu adipeux) 15 560 000

Protéines musculaires 6 100 000

Glycogène musculaire 0,300 5 000

Glycogène hépatique 0,100 1 700

Conclusion : lʼinsuline stimule la synthèse des ag et des triglycérides, tandis que le glucagon et lʼadrénaline ont lʼeffet opposé.

Réserves énergétiques

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III III -- REGULATION DE LA BIOSYNTHESEREGULATION DE LA BIOSYNTHESE: : RôleRôle--clcléé de lde l’’acacéétyltyl--CoACoA carboxylasecarboxylase

11°° RRéégulation allostgulation allostéériquerique22°° RRéégulation hormonalegulation hormonale

III III -- REGULATION DE LA BIOSYNTHESE:REGULATION DE LA BIOSYNTHESE:

La biosynthLa biosynthèèse des acides gras est rse des acides gras est réégulguléée e àà court terme par la court terme par la disponibilitdisponibilitéé des substrats et par des rdes substrats et par des réégulations enzymatiquesgulations enzymatiques(phosphorylation/d(phosphorylation/dééphosphorylation)phosphorylation)

RôleRôle--clcléé de de l’acétyl-CoA carboxylase (ACC):

11°° RRéégulation allostgulation allostéérique: rique: ll’’acacéétyltyl--CoACoA carboxylase est: carboxylase est: - activée par le citrate (polymérisation de l’enzyme)- inhibée par le produit final acyl-CoA (palmityl-CoA)

2° Régulation par phosphorylation/déphosphorylation- sous dépendance hormonale: insuline, adrénaline, glucagon

- dans les situations de carence énergétique: rôle de la protéine kinase AMP-dépendante ou AMPK

ADPADP

ATPATP

inactiveinactive

ACCACC

PP

activeactive

PP2APP2APKAPKA

HH22OO

PiPiACCACC

AMPKAMPK

AdrénalineGlucagon

Insuline++

Conclusion: l’insuline stimule la synthèse des acides gras et des triglycérides, tandis que le glucagon et l’adrénaline ont l’effet opposé

AMPAMP+

RRééserves Energserves EnergéétiquestiquesHomme de 70 kg

kgkg kJkJ

Métabolisme basal = 8 000 kJ/jour (2000 kcal/jour)Consommation chez un sportif: jusqu’à 12 000 kJ/jourSurvie théorique en cas de grève de la faim ! 80 jours

Triglycérides (tissu adipeux) 15 560 000

Protéines musculaires 6 100 000

Glycogène musculaire 0,300 5 000

Glycogène hépatique 0,100 1 700

Les triglycérides sont majo au niveau du tissu adipeux avec une très grande énergie emmagasinée. (2000 kJ ou dans le muscle et le foie). Métabolisme basal = 8000 kJ/jour (2000 kcal/j). Consommation chez un sportif : jusquʼà 12000 kj/J. Survie théorique en cas de grève de la faim = (environ) 80 jours.

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né l’P ): l’ac é l -A H III - E II – ES I – S N SE S N I – S …mboursereau.free.fr/wordpress/p1cam/UE1/Biochimie...Synthèse des acides gras et des triglycérides Introduction