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UNIVERSITE IBN ZOHR DEPARTEMENT DEBIOLOGIE
FACULTE DES SCIENCES LABORATOIRE DE BIOCHIMIE
AGADIR ANNEE UNIVERSITAIRE 2004-2005
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TABLES DES MATIERES
Chapitre 1 Meacutetabolisme Cellulairehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
Vue drsquoensemble du meacutetabolismehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
Controcircle du meacutetabolismehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
Structure des principaux coenzymeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
1 Structure de ATPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
2 Structure de NADhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
3 Structure de FADhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
4 Structure du Coenzyme Ahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
5 Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinonehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
6 Structure du Cytochromehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Chapitre 2 Glycolysehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Vue geacuteneacuterale de la glycolyse helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
1 Hexokinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
2 Glucose 6 ndash phosphate isomeacuterasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
3 Phosphofructokinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
4 Aldolasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
5 Triose phosphate isomeacuterasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
6 Glyceacuteraldeacutehyde 3 ndash phosphate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
7 Phosphoglyceacuterate kinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
8 Phosphoglyceacuterate mutasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
9 Enolasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18
10 Pyruvate kinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18
Chapitre 3 Destineacutees du Pyruvatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19
Transformation du pyruvate en lactatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20
Conversion anaeacuterobie de pyruvate en eacutethanolhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20
Deacutecarboxylation oxydative du pyruvatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21
Chapitre 4 Cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22
1 Condensation de lrsquoaceacutetyl CoA agrave lrsquooxaloaceacutetatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24
2 Conversion de citrate en isocitrate par lrsquoaconitasehelliphelliphelliphelliphelliphellip24
3 Isocitrate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25
4 Lrsquoαrsquoceacutetoglutarate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25
5 Succinyl CoA syntheacutetasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26
6 Succinate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26
7 Fumarasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27
8 Malate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27
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Production drsquoATP par le cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28
Production drsquoATP par la glycolyse aeacuterobiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29
Chapitre 5 Phosphorylation Oxydativehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30
La chaicircne respiratoirehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30
1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31
2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31
3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32
4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
La synthegravese dATPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protonshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34
Systegravemes navettes et transport du NADHhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35
Chapitre 6 Voies drsquoalimentation de la glycolysehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
Meacutetabolisme du glycogegravenehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
Meacutetabolisme des autres sucreshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
1 - Transformations meacutetaboliques du glucosehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36 2 - Transformations meacutetaboliques du galactosehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructosehelliphelliphellip37
Chapitre 7 Deacutegradation des lipideshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40
Digestion des lipides alimentaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40
Mobilisation des triglyceacuterides de reacuteservehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41
szlig-Oxydation des acides gras Voie majeure de la deacutegradation des AGhellip42
1 - Activation des acides gras en acyl-CoAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42
2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale43
3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen43
szlig-Oxydation des acides gras agrave nombre impairhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 47
szlig-Oxydation des acides gras insatureacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48
Voies mineures de lrsquooxydation des acides gras helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49
1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49
2 - Cas de lrsquoω ndash oxydationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51
Chapitre 8 Catabolisme de la partie azoteacutee des acides amineacutes le cycle de lrsquoureacuteehellip52
Devenir des proteacuteines alimentaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Oxydation des acides amineacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac53
1 ndash Reacuteaction de deacutesamination directehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54
2 - Reacuteaction de deacutesamidation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55
3 - Reacuteaction de transaminationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57
Cycle de lureacutee58
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METABOLISME CELLULAIRE
I ndash Vue drsquoensemble du meacutetabolisme
Le meacutetabolisme repreacutesente lrsquoensemble des transformations chimiques qui se produisent
dans une cellule ou un ensemble de cellules convertissant les nutriments (oses acides
amineacutes acides gras) ou laquo mateacuteriaux bruts raquo en produits finis chimiquement complexes
et en eacutenergie
Il se compose de plusieurs centaines de reacuteactions enzymatiques organiseacutees en seacutequences
distinctes Au cours de chaque seacutequence propre ou voie meacutetabolique un preacutecurseur est
transformeacute en un produit laquo fini raquo via une seacuterie drsquointermeacutediaires appeleacutes laquo meacutetabolites raquo
Le meacutetabolisme exerce deux fonctions essentielles
- production drsquoeacutenergie neacutecessaire aux fonctions vitales
- synthegravese de macromoleacutecules (Acides nucleacuteiques proteacuteines)
A cet effet il est constitueacute de 2 types de processus
Le catabolisme qui deacutegrade et oxyde les nutriments apporteacutes par lrsquoalimentation ou par
les reacuteserves cellulaires Les reacuteactions cataboliques (glycolyse destin du pyruvate cycle
de Krebs heacutelice de Lynen phosphorylation oxydative navettes transamination
deacutesamination) sont geacuteneacuteralement exergoniques et lrsquoeacutenergie libeacutereacutee est souvent capteacutee
sous forme drsquoATP
Lrsquoanabolisme constitue lrsquoensemble des seacutequences meacutetaboliques (neacuteoglucogenegravese
voie des pentoses phosphates biosynthegravese des acides gras biosynthegravese des acides
amineacutes) qui permettent la synthegravese de moleacutecules formeacutees agrave partir de nutriments ou
drsquointermeacutediaires meacutetaboliques de structure chimique simple et aboutissant agrave la synthegravese
de moleacutecules complexes etou de macromoleacutecules
Ces reacuteactions neacutecessitent un apport deacutenergie libre fournie geacuteneacuteralement par lhydrolyse
de lATP etou par le pouvoir reacuteducteur du NAD (P) H et du FADH2
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Anabolisme et catabolisme se deacuteroulent simultaneacutement dans une mecircme cellule Pour
eacuteviter toute anarchie la cellule utilise deux stratagegravemes
- Elle reacutegule strictement et seacutepareacutement lrsquoanabolisme et le catabolisme
- Les seacutequences meacutetaboliques qui pourraient entrer en compeacutetition sont souvent
localiseacutees dans plusieurs compartiments cellulaires
Exemple Les acides gras catabolisme dans la mitochondrie et anabolisme dans le
cytosol
Anabolisme et catabolisme aeacuterobie des proteacuteines polysaccharides et des lipides
Les voies cataboliques sont convergentes Les voies anaboliques sont divergentes
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II ndash Controcircle du meacutetabolisme
Le controcircle des reacuteactions meacutetabolique peut se faire de nombreuses faccedilons en controcirclant
le transport dun des reacuteactif en modulant lactiviteacute dune enzyme servant de catalyseur
(soit en la modifiant chimiquement soit en la reacutegulant allosteacuteriquement) en modifiant la
structure tertiaire de la proteacuteine ou en controcirclant la disponibiliteacute des cofacteurs (ADP
ATP NAD FAD vitamines etc)
III ndash Structure des principaux coenzymes
III ndash 1 ndash Structure de ATP
Les voies cataboliques permettent de convertir les grandes quantiteacute deacutenergie contenues
dans les sucres les acides gras ou les acides amineacutes en de plus petites deacutenominations les
moleacutecules dATP Cette conversion deacutenergie contenue dans la nourriture se fait en une
seacuterie deacutetapes et fait intervenir un nombre hallucinant de composeacutes et enzymes
Le coenzyme ATPADP est un coenzyme transporteur deacutenergie universel Sa preacutesence
dans le meacutetabolisme de tous les ecirctres vivants souligne linteacuterecirct de cette moleacutecule comme
carrefour meacutetabolique de tous les eacutechanges deacutenergie
Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme neacutecessitent en mecircme temps la
preacutesence du cation Magneacutesium comme cofacteur
III ndash 2 ndash Structure de NAD
Le Nicotinamide adeacutenine dinucleacuteotide ou NAD est un coenzyme transporteur
dHydrogegravene preacutesent dans toutes nos cellules agrave des concentrations millimolaires
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Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
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III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
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Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
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GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
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II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
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Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
2
TABLES DES MATIERES
Chapitre 1 Meacutetabolisme Cellulairehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
Vue drsquoensemble du meacutetabolismehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
Controcircle du meacutetabolismehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
Structure des principaux coenzymeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
1 Structure de ATPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
2 Structure de NADhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
3 Structure de FADhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
4 Structure du Coenzyme Ahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
5 Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinonehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
6 Structure du Cytochromehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Chapitre 2 Glycolysehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Vue geacuteneacuterale de la glycolyse helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
1 Hexokinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
2 Glucose 6 ndash phosphate isomeacuterasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
3 Phosphofructokinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
4 Aldolasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
5 Triose phosphate isomeacuterasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
6 Glyceacuteraldeacutehyde 3 ndash phosphate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
7 Phosphoglyceacuterate kinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
8 Phosphoglyceacuterate mutasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
9 Enolasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18
10 Pyruvate kinasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18
Chapitre 3 Destineacutees du Pyruvatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19
Transformation du pyruvate en lactatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20
Conversion anaeacuterobie de pyruvate en eacutethanolhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20
Deacutecarboxylation oxydative du pyruvatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21
Chapitre 4 Cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22
1 Condensation de lrsquoaceacutetyl CoA agrave lrsquooxaloaceacutetatehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24
2 Conversion de citrate en isocitrate par lrsquoaconitasehelliphelliphelliphelliphelliphellip24
3 Isocitrate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25
4 Lrsquoαrsquoceacutetoglutarate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25
5 Succinyl CoA syntheacutetasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26
6 Succinate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26
7 Fumarasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27
8 Malate deacuteshydrogeacutenasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27
3
Production drsquoATP par le cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28
Production drsquoATP par la glycolyse aeacuterobiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29
Chapitre 5 Phosphorylation Oxydativehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30
La chaicircne respiratoirehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30
1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31
2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31
3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32
4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
La synthegravese dATPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protonshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34
Systegravemes navettes et transport du NADHhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35
Chapitre 6 Voies drsquoalimentation de la glycolysehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
Meacutetabolisme du glycogegravenehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
Meacutetabolisme des autres sucreshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
1 - Transformations meacutetaboliques du glucosehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36 2 - Transformations meacutetaboliques du galactosehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructosehelliphelliphellip37
Chapitre 7 Deacutegradation des lipideshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40
Digestion des lipides alimentaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40
Mobilisation des triglyceacuterides de reacuteservehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41
szlig-Oxydation des acides gras Voie majeure de la deacutegradation des AGhellip42
1 - Activation des acides gras en acyl-CoAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42
2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale43
3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen43
szlig-Oxydation des acides gras agrave nombre impairhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 47
szlig-Oxydation des acides gras insatureacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48
Voies mineures de lrsquooxydation des acides gras helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49
1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49
2 - Cas de lrsquoω ndash oxydationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51
Chapitre 8 Catabolisme de la partie azoteacutee des acides amineacutes le cycle de lrsquoureacuteehellip52
Devenir des proteacuteines alimentaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Oxydation des acides amineacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac53
1 ndash Reacuteaction de deacutesamination directehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54
2 - Reacuteaction de deacutesamidation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55
3 - Reacuteaction de transaminationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57
Cycle de lureacutee58
4
METABOLISME CELLULAIRE
I ndash Vue drsquoensemble du meacutetabolisme
Le meacutetabolisme repreacutesente lrsquoensemble des transformations chimiques qui se produisent
dans une cellule ou un ensemble de cellules convertissant les nutriments (oses acides
amineacutes acides gras) ou laquo mateacuteriaux bruts raquo en produits finis chimiquement complexes
et en eacutenergie
Il se compose de plusieurs centaines de reacuteactions enzymatiques organiseacutees en seacutequences
distinctes Au cours de chaque seacutequence propre ou voie meacutetabolique un preacutecurseur est
transformeacute en un produit laquo fini raquo via une seacuterie drsquointermeacutediaires appeleacutes laquo meacutetabolites raquo
Le meacutetabolisme exerce deux fonctions essentielles
- production drsquoeacutenergie neacutecessaire aux fonctions vitales
- synthegravese de macromoleacutecules (Acides nucleacuteiques proteacuteines)
A cet effet il est constitueacute de 2 types de processus
Le catabolisme qui deacutegrade et oxyde les nutriments apporteacutes par lrsquoalimentation ou par
les reacuteserves cellulaires Les reacuteactions cataboliques (glycolyse destin du pyruvate cycle
de Krebs heacutelice de Lynen phosphorylation oxydative navettes transamination
deacutesamination) sont geacuteneacuteralement exergoniques et lrsquoeacutenergie libeacutereacutee est souvent capteacutee
sous forme drsquoATP
Lrsquoanabolisme constitue lrsquoensemble des seacutequences meacutetaboliques (neacuteoglucogenegravese
voie des pentoses phosphates biosynthegravese des acides gras biosynthegravese des acides
amineacutes) qui permettent la synthegravese de moleacutecules formeacutees agrave partir de nutriments ou
drsquointermeacutediaires meacutetaboliques de structure chimique simple et aboutissant agrave la synthegravese
de moleacutecules complexes etou de macromoleacutecules
Ces reacuteactions neacutecessitent un apport deacutenergie libre fournie geacuteneacuteralement par lhydrolyse
de lATP etou par le pouvoir reacuteducteur du NAD (P) H et du FADH2
5
Anabolisme et catabolisme se deacuteroulent simultaneacutement dans une mecircme cellule Pour
eacuteviter toute anarchie la cellule utilise deux stratagegravemes
- Elle reacutegule strictement et seacutepareacutement lrsquoanabolisme et le catabolisme
- Les seacutequences meacutetaboliques qui pourraient entrer en compeacutetition sont souvent
localiseacutees dans plusieurs compartiments cellulaires
Exemple Les acides gras catabolisme dans la mitochondrie et anabolisme dans le
cytosol
Anabolisme et catabolisme aeacuterobie des proteacuteines polysaccharides et des lipides
Les voies cataboliques sont convergentes Les voies anaboliques sont divergentes
6
II ndash Controcircle du meacutetabolisme
Le controcircle des reacuteactions meacutetabolique peut se faire de nombreuses faccedilons en controcirclant
le transport dun des reacuteactif en modulant lactiviteacute dune enzyme servant de catalyseur
(soit en la modifiant chimiquement soit en la reacutegulant allosteacuteriquement) en modifiant la
structure tertiaire de la proteacuteine ou en controcirclant la disponibiliteacute des cofacteurs (ADP
ATP NAD FAD vitamines etc)
III ndash Structure des principaux coenzymes
III ndash 1 ndash Structure de ATP
Les voies cataboliques permettent de convertir les grandes quantiteacute deacutenergie contenues
dans les sucres les acides gras ou les acides amineacutes en de plus petites deacutenominations les
moleacutecules dATP Cette conversion deacutenergie contenue dans la nourriture se fait en une
seacuterie deacutetapes et fait intervenir un nombre hallucinant de composeacutes et enzymes
Le coenzyme ATPADP est un coenzyme transporteur deacutenergie universel Sa preacutesence
dans le meacutetabolisme de tous les ecirctres vivants souligne linteacuterecirct de cette moleacutecule comme
carrefour meacutetabolique de tous les eacutechanges deacutenergie
Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme neacutecessitent en mecircme temps la
preacutesence du cation Magneacutesium comme cofacteur
III ndash 2 ndash Structure de NAD
Le Nicotinamide adeacutenine dinucleacuteotide ou NAD est un coenzyme transporteur
dHydrogegravene preacutesent dans toutes nos cellules agrave des concentrations millimolaires
7
Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
8
III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
9
Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
10
GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
3
Production drsquoATP par le cycle de Krebshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28
Production drsquoATP par la glycolyse aeacuterobiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29
Chapitre 5 Phosphorylation Oxydativehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30
La chaicircne respiratoirehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip30
1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31
2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31
3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32
4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydasehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
La synthegravese dATPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip33
2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protonshelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34
Systegravemes navettes et transport du NADHhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35
Chapitre 6 Voies drsquoalimentation de la glycolysehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
Meacutetabolisme du glycogegravenehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
Meacutetabolisme des autres sucreshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36
1 - Transformations meacutetaboliques du glucosehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36 2 - Transformations meacutetaboliques du galactosehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip37 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructosehelliphelliphellip37
Chapitre 7 Deacutegradation des lipideshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40
Digestion des lipides alimentaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40
Mobilisation des triglyceacuterides de reacuteservehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41
szlig-Oxydation des acides gras Voie majeure de la deacutegradation des AGhellip42
1 - Activation des acides gras en acyl-CoAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42
2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale43
3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen43
szlig-Oxydation des acides gras agrave nombre impairhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 47
szlig-Oxydation des acides gras insatureacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48
Voies mineures de lrsquooxydation des acides gras helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49
1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49
2 - Cas de lrsquoω ndash oxydationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51
Chapitre 8 Catabolisme de la partie azoteacutee des acides amineacutes le cycle de lrsquoureacuteehellip52
Devenir des proteacuteines alimentaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Oxydation des acides amineacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53
Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac53
1 ndash Reacuteaction de deacutesamination directehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54
2 - Reacuteaction de deacutesamidation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55
3 - Reacuteaction de transaminationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57
Cycle de lureacutee58
4
METABOLISME CELLULAIRE
I ndash Vue drsquoensemble du meacutetabolisme
Le meacutetabolisme repreacutesente lrsquoensemble des transformations chimiques qui se produisent
dans une cellule ou un ensemble de cellules convertissant les nutriments (oses acides
amineacutes acides gras) ou laquo mateacuteriaux bruts raquo en produits finis chimiquement complexes
et en eacutenergie
Il se compose de plusieurs centaines de reacuteactions enzymatiques organiseacutees en seacutequences
distinctes Au cours de chaque seacutequence propre ou voie meacutetabolique un preacutecurseur est
transformeacute en un produit laquo fini raquo via une seacuterie drsquointermeacutediaires appeleacutes laquo meacutetabolites raquo
Le meacutetabolisme exerce deux fonctions essentielles
- production drsquoeacutenergie neacutecessaire aux fonctions vitales
- synthegravese de macromoleacutecules (Acides nucleacuteiques proteacuteines)
A cet effet il est constitueacute de 2 types de processus
Le catabolisme qui deacutegrade et oxyde les nutriments apporteacutes par lrsquoalimentation ou par
les reacuteserves cellulaires Les reacuteactions cataboliques (glycolyse destin du pyruvate cycle
de Krebs heacutelice de Lynen phosphorylation oxydative navettes transamination
deacutesamination) sont geacuteneacuteralement exergoniques et lrsquoeacutenergie libeacutereacutee est souvent capteacutee
sous forme drsquoATP
Lrsquoanabolisme constitue lrsquoensemble des seacutequences meacutetaboliques (neacuteoglucogenegravese
voie des pentoses phosphates biosynthegravese des acides gras biosynthegravese des acides
amineacutes) qui permettent la synthegravese de moleacutecules formeacutees agrave partir de nutriments ou
drsquointermeacutediaires meacutetaboliques de structure chimique simple et aboutissant agrave la synthegravese
de moleacutecules complexes etou de macromoleacutecules
Ces reacuteactions neacutecessitent un apport deacutenergie libre fournie geacuteneacuteralement par lhydrolyse
de lATP etou par le pouvoir reacuteducteur du NAD (P) H et du FADH2
5
Anabolisme et catabolisme se deacuteroulent simultaneacutement dans une mecircme cellule Pour
eacuteviter toute anarchie la cellule utilise deux stratagegravemes
- Elle reacutegule strictement et seacutepareacutement lrsquoanabolisme et le catabolisme
- Les seacutequences meacutetaboliques qui pourraient entrer en compeacutetition sont souvent
localiseacutees dans plusieurs compartiments cellulaires
Exemple Les acides gras catabolisme dans la mitochondrie et anabolisme dans le
cytosol
Anabolisme et catabolisme aeacuterobie des proteacuteines polysaccharides et des lipides
Les voies cataboliques sont convergentes Les voies anaboliques sont divergentes
6
II ndash Controcircle du meacutetabolisme
Le controcircle des reacuteactions meacutetabolique peut se faire de nombreuses faccedilons en controcirclant
le transport dun des reacuteactif en modulant lactiviteacute dune enzyme servant de catalyseur
(soit en la modifiant chimiquement soit en la reacutegulant allosteacuteriquement) en modifiant la
structure tertiaire de la proteacuteine ou en controcirclant la disponibiliteacute des cofacteurs (ADP
ATP NAD FAD vitamines etc)
III ndash Structure des principaux coenzymes
III ndash 1 ndash Structure de ATP
Les voies cataboliques permettent de convertir les grandes quantiteacute deacutenergie contenues
dans les sucres les acides gras ou les acides amineacutes en de plus petites deacutenominations les
moleacutecules dATP Cette conversion deacutenergie contenue dans la nourriture se fait en une
seacuterie deacutetapes et fait intervenir un nombre hallucinant de composeacutes et enzymes
Le coenzyme ATPADP est un coenzyme transporteur deacutenergie universel Sa preacutesence
dans le meacutetabolisme de tous les ecirctres vivants souligne linteacuterecirct de cette moleacutecule comme
carrefour meacutetabolique de tous les eacutechanges deacutenergie
Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme neacutecessitent en mecircme temps la
preacutesence du cation Magneacutesium comme cofacteur
III ndash 2 ndash Structure de NAD
Le Nicotinamide adeacutenine dinucleacuteotide ou NAD est un coenzyme transporteur
dHydrogegravene preacutesent dans toutes nos cellules agrave des concentrations millimolaires
7
Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
8
III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
9
Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
10
GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
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Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
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III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
4
METABOLISME CELLULAIRE
I ndash Vue drsquoensemble du meacutetabolisme
Le meacutetabolisme repreacutesente lrsquoensemble des transformations chimiques qui se produisent
dans une cellule ou un ensemble de cellules convertissant les nutriments (oses acides
amineacutes acides gras) ou laquo mateacuteriaux bruts raquo en produits finis chimiquement complexes
et en eacutenergie
Il se compose de plusieurs centaines de reacuteactions enzymatiques organiseacutees en seacutequences
distinctes Au cours de chaque seacutequence propre ou voie meacutetabolique un preacutecurseur est
transformeacute en un produit laquo fini raquo via une seacuterie drsquointermeacutediaires appeleacutes laquo meacutetabolites raquo
Le meacutetabolisme exerce deux fonctions essentielles
- production drsquoeacutenergie neacutecessaire aux fonctions vitales
- synthegravese de macromoleacutecules (Acides nucleacuteiques proteacuteines)
A cet effet il est constitueacute de 2 types de processus
Le catabolisme qui deacutegrade et oxyde les nutriments apporteacutes par lrsquoalimentation ou par
les reacuteserves cellulaires Les reacuteactions cataboliques (glycolyse destin du pyruvate cycle
de Krebs heacutelice de Lynen phosphorylation oxydative navettes transamination
deacutesamination) sont geacuteneacuteralement exergoniques et lrsquoeacutenergie libeacutereacutee est souvent capteacutee
sous forme drsquoATP
Lrsquoanabolisme constitue lrsquoensemble des seacutequences meacutetaboliques (neacuteoglucogenegravese
voie des pentoses phosphates biosynthegravese des acides gras biosynthegravese des acides
amineacutes) qui permettent la synthegravese de moleacutecules formeacutees agrave partir de nutriments ou
drsquointermeacutediaires meacutetaboliques de structure chimique simple et aboutissant agrave la synthegravese
de moleacutecules complexes etou de macromoleacutecules
Ces reacuteactions neacutecessitent un apport deacutenergie libre fournie geacuteneacuteralement par lhydrolyse
de lATP etou par le pouvoir reacuteducteur du NAD (P) H et du FADH2
5
Anabolisme et catabolisme se deacuteroulent simultaneacutement dans une mecircme cellule Pour
eacuteviter toute anarchie la cellule utilise deux stratagegravemes
- Elle reacutegule strictement et seacutepareacutement lrsquoanabolisme et le catabolisme
- Les seacutequences meacutetaboliques qui pourraient entrer en compeacutetition sont souvent
localiseacutees dans plusieurs compartiments cellulaires
Exemple Les acides gras catabolisme dans la mitochondrie et anabolisme dans le
cytosol
Anabolisme et catabolisme aeacuterobie des proteacuteines polysaccharides et des lipides
Les voies cataboliques sont convergentes Les voies anaboliques sont divergentes
6
II ndash Controcircle du meacutetabolisme
Le controcircle des reacuteactions meacutetabolique peut se faire de nombreuses faccedilons en controcirclant
le transport dun des reacuteactif en modulant lactiviteacute dune enzyme servant de catalyseur
(soit en la modifiant chimiquement soit en la reacutegulant allosteacuteriquement) en modifiant la
structure tertiaire de la proteacuteine ou en controcirclant la disponibiliteacute des cofacteurs (ADP
ATP NAD FAD vitamines etc)
III ndash Structure des principaux coenzymes
III ndash 1 ndash Structure de ATP
Les voies cataboliques permettent de convertir les grandes quantiteacute deacutenergie contenues
dans les sucres les acides gras ou les acides amineacutes en de plus petites deacutenominations les
moleacutecules dATP Cette conversion deacutenergie contenue dans la nourriture se fait en une
seacuterie deacutetapes et fait intervenir un nombre hallucinant de composeacutes et enzymes
Le coenzyme ATPADP est un coenzyme transporteur deacutenergie universel Sa preacutesence
dans le meacutetabolisme de tous les ecirctres vivants souligne linteacuterecirct de cette moleacutecule comme
carrefour meacutetabolique de tous les eacutechanges deacutenergie
Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme neacutecessitent en mecircme temps la
preacutesence du cation Magneacutesium comme cofacteur
III ndash 2 ndash Structure de NAD
Le Nicotinamide adeacutenine dinucleacuteotide ou NAD est un coenzyme transporteur
dHydrogegravene preacutesent dans toutes nos cellules agrave des concentrations millimolaires
7
Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
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III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
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Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
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GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
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II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
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Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
5
Anabolisme et catabolisme se deacuteroulent simultaneacutement dans une mecircme cellule Pour
eacuteviter toute anarchie la cellule utilise deux stratagegravemes
- Elle reacutegule strictement et seacutepareacutement lrsquoanabolisme et le catabolisme
- Les seacutequences meacutetaboliques qui pourraient entrer en compeacutetition sont souvent
localiseacutees dans plusieurs compartiments cellulaires
Exemple Les acides gras catabolisme dans la mitochondrie et anabolisme dans le
cytosol
Anabolisme et catabolisme aeacuterobie des proteacuteines polysaccharides et des lipides
Les voies cataboliques sont convergentes Les voies anaboliques sont divergentes
6
II ndash Controcircle du meacutetabolisme
Le controcircle des reacuteactions meacutetabolique peut se faire de nombreuses faccedilons en controcirclant
le transport dun des reacuteactif en modulant lactiviteacute dune enzyme servant de catalyseur
(soit en la modifiant chimiquement soit en la reacutegulant allosteacuteriquement) en modifiant la
structure tertiaire de la proteacuteine ou en controcirclant la disponibiliteacute des cofacteurs (ADP
ATP NAD FAD vitamines etc)
III ndash Structure des principaux coenzymes
III ndash 1 ndash Structure de ATP
Les voies cataboliques permettent de convertir les grandes quantiteacute deacutenergie contenues
dans les sucres les acides gras ou les acides amineacutes en de plus petites deacutenominations les
moleacutecules dATP Cette conversion deacutenergie contenue dans la nourriture se fait en une
seacuterie deacutetapes et fait intervenir un nombre hallucinant de composeacutes et enzymes
Le coenzyme ATPADP est un coenzyme transporteur deacutenergie universel Sa preacutesence
dans le meacutetabolisme de tous les ecirctres vivants souligne linteacuterecirct de cette moleacutecule comme
carrefour meacutetabolique de tous les eacutechanges deacutenergie
Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme neacutecessitent en mecircme temps la
preacutesence du cation Magneacutesium comme cofacteur
III ndash 2 ndash Structure de NAD
Le Nicotinamide adeacutenine dinucleacuteotide ou NAD est un coenzyme transporteur
dHydrogegravene preacutesent dans toutes nos cellules agrave des concentrations millimolaires
7
Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
8
III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
9
Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
10
GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
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I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
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III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
6
II ndash Controcircle du meacutetabolisme
Le controcircle des reacuteactions meacutetabolique peut se faire de nombreuses faccedilons en controcirclant
le transport dun des reacuteactif en modulant lactiviteacute dune enzyme servant de catalyseur
(soit en la modifiant chimiquement soit en la reacutegulant allosteacuteriquement) en modifiant la
structure tertiaire de la proteacuteine ou en controcirclant la disponibiliteacute des cofacteurs (ADP
ATP NAD FAD vitamines etc)
III ndash Structure des principaux coenzymes
III ndash 1 ndash Structure de ATP
Les voies cataboliques permettent de convertir les grandes quantiteacute deacutenergie contenues
dans les sucres les acides gras ou les acides amineacutes en de plus petites deacutenominations les
moleacutecules dATP Cette conversion deacutenergie contenue dans la nourriture se fait en une
seacuterie deacutetapes et fait intervenir un nombre hallucinant de composeacutes et enzymes
Le coenzyme ATPADP est un coenzyme transporteur deacutenergie universel Sa preacutesence
dans le meacutetabolisme de tous les ecirctres vivants souligne linteacuterecirct de cette moleacutecule comme
carrefour meacutetabolique de tous les eacutechanges deacutenergie
Les enzymes utilisant lATP ou lADP comme coenzyme neacutecessitent en mecircme temps la
preacutesence du cation Magneacutesium comme cofacteur
III ndash 2 ndash Structure de NAD
Le Nicotinamide adeacutenine dinucleacuteotide ou NAD est un coenzyme transporteur
dHydrogegravene preacutesent dans toutes nos cellules agrave des concentrations millimolaires
7
Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
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III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
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Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
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GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
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II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
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Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
7
Au cours de ces reacuteactions enzymatiques la forme oxydeacutee du NAD quon appelle NAD+
reccediloit un hydrogegravene et un eacutelectron qui vont se fixer sur le noyau de lacide nicotinique
On aboutit au NAD reacuteduit quon appelle NADH
Le NAD oxydeacute et le NAD reacuteduit constituent le couple doxydoreacuteduction NAD+NADH
Le potentiel standard de ce couple est de -320 mV
III ndash 3 ndash Structure de FAD
Le Flavine adeacutenine dinucleacuteotide ou FAD est aussi un coenzyme transporteur
dHydrogegravene La synthegravese de ce coenzyme peut ecirctre faite dans nos cellules agrave partir du
FMN (donc de la riboflavine ou vitamine B2) et de lATP
La forme reacuteduite du noyau flavine est obtenue en fixant deux atomes dhydrogegravene sur les
azotes en bas du cycle de gauche et en haut du cycle du milieu
Le couple doxydoreacuteduction du noyau flavinique libre a un potentiel standard de -185 mV
8
III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
9
Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
10
GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
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VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
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Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
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Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
8
III ndash 4 ndash Structure du Coenzyme A
Ce coenzyme joue un rocircle important en biosynthegravese dans les transferts acyles Les deacuteriveacutes
acyleacutes du CoA-SH sont des reacuteactifs acylants puissants
III ndash 5 ndash Structure du Coenzyme Q ou Ubiquinone
Cest un coenzyme doxydoreacuteduction agrave pouvoir oxydant supeacuterieur agrave celui du NAD+ ou des
composeacutes flaviniques
9
Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
10
GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
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II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
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Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
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Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
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I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
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II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
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III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
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VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
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Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
9
Il est syntheacutetiseacute par les mammifegraveres et les autres organismes aeacuterobies ainsi que par
quelques bacteacuteries photosyntheacutetiques
III ndash 6 ndash Structure du Cytochrome
Le cytochrome est un pigment cellulaire agrave base dhegraveme DKEILIN (1925) a deacutecouvert
que ces heacutemoproteacuteines participaient agrave la respiration Il les a groupeacute en famille a b c sur
la base de leur spectre dabsorption dans le visible
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GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
10
GLYCOLYSE
I ndash Vue geacuteneacuterale de la glycolyse
Le glucose est une moleacutecule qui contient 686 kcals par mole deacutenergie qui peut ecirctre
libeacutereacutee par oxydation La glycolyse est la premiegravere eacutetape du processus cellulaire de
respiration Elle a lieu dans le cytosol de nombreux type de cellules animales
La glycolyse ne se produit pas spontaneacutement deux moleacutecules dATP sont neacutecessaires agrave
la phosphorylation du glucose pour produire lintermeacutediaire reacuteactif
Au cours de la glycolyse la transformation du glucose (6 carbones) suit une seacutequence de
10 reacuteactions catalyseacutees par des enzymes qui produisent deux moleacutecules de pyruvate (3
carbones)
Il est agrave noter que tous les intermeacutediaires entre le glucose et le pyruvate sont phosphoryleacutes
ce qui leur confegravere une charge neacutegative nette agrave pH 7 les empecircchant ainsi de diffuser agrave
lexteacuterieur de la cellule
La glycolyse se deacutecompose en deux phases
- La phase preacuteparatoire ougrave le glucose est transformeacute en deux trioses phosphates avec
consommation deacutenergie
- La phase de remboursement qui produit de leacutenergie sous forme dATP
Les diffeacuterents chaicircnons meacutetaboliques intervenant dans la glycolyse sont soit des
reacuteactions simples soit des reacuteactions deacutecomposables en reacuteactions simples Parmi les dix
reacuteactions enzymatiques de la glycolyse trois sont irreacuteversibles Les autres chaicircnons sont
reacuteversibles et permettent la gluconeacuteogenegravese
La glycolyse produit 2ATP 2 NADH et 2 pyruvates
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
11
II ndash Les diffeacuterentes eacutetapes de la glycolyse
Phase preacuteparatoire Elle utilise 5 reacuteactions successives
II ndash 1 - Phosphorylation par lrsquohexokinase
Crsquoest une enzyme relativement peu speacutecifique et qui catalyse eacutegalement la phosphorylation
drsquoautres hexoses comme le fructose et le mannose Le foie contient une kinase plus
speacutecifique la glucokinase soumise agrave reacutegulation et qui joue un rocircle particulier dans le
controcircle de la glyceacutemie
Crsquoest une reacuteaction drsquoamorccedilage qui requiert lrsquohydrolyse drsquoune moleacutecule drsquoATP
Avantages pour la cellule la phosphorylation empecircche le glucose de sortir par diffusion
passive hors de la cellule et la faible concentration en glucose libre intracellulaire facilite
son transport transmembranaire
II ndash 2 - Conversion par la Phosphoglucose isomegraverase
Il srsquoagit drsquoune isomegraverisation reacuteversible du Glucose-6P en fructose-6P La reacuteaction est
reacuteversible
II ndash 3 - Phosphorylation en fructose-16-bisphosphate
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Phosphofructokinase ou PFK-1 Cette une eacutetape
limitante de la glycolyse et tregraves preacuteciseacutement reacuteguleacutee Crsquoest une reacuteaction quasiment
irreacuteversible dans les conditions cellulaires Crsquoest la deuxiegraveme reacuteaction de la premiegravere
phase consommant une moleacutecule drsquoATP
II ndash 4 - Clivage par lrsquoaldolase
Il srsquoeffectue entre le C3 et le C4 libeacuterant une moleacutecule de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
une moleacutecule de dihydroxyaceacutetone phosphate (DHAP) La reacuteaction est parfaitement
reacuteversible
La reacuteaction catalyseacutee par lrsquoaldolase est importante car cette eacutetape marque la scission du
glucose en 2 intermeacutediaires meacutetaboliques importants Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et
DHAP participent en effet agrave la neacuteoglucogeacutenegravese
II ndash 5 - Interconversion des trioses phosphate
Pour la suite des reacuteactions seuls le Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate sera le substrat Il faut
donc assurer une transformation rapide et reacuteversible du dihydroxyaceacutetone phosphate en
glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Cette reacuteaction est assureacutee par la triose phosphate isomegraverase
Cette reacuteaction complegravete la phase preacuteparatoire de la glycolyse par laquelle sont produites 2
moleacutecules de Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate Drsquoautres hexoses fructose galactose et
mannose sont eacutegalement transformables en glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
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III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
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Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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64
12
Phase de remboursement de la glycolyse Lrsquoinvestissement drsquoeacutenergie
(consommation de 2 ATP) au cours de la phase preacuteparatoire sera doublement restitueacute
au cours de cette phase par la transformation finale en 2 moleacutecules de pyruvate et la
synthegravese de 4 ATP
II ndash 6 - Oxydation du Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate et formation drsquoun composeacute laquo riche
en eacutenergie raquo
Cette reacuteaction est catalyseacutee par la Glyceacuteraldeacutehyde-3-Phosphate deacuteshydrogeacutenase
(GAPDH) En preacutesence de NAD+
et de Phosphate inorganique il y a formation drsquoune
liaison anhydride carboxy-phosphorique appeleacutee ici liaison laquo acyl-phosphate raquo Les
produits sont le 13-Bisphosphoglycerate et le NADH H+
II ndash 7 - Transfert de Phosphate agrave lrsquoADP action de la Phosphoglyceacuterate kinase
Cette reacuteaction avec la preacuteceacutedente constitue un meacutecanisme de couplage eacutenergeacutetique Dans
ces 2 reacuteactions le 13-Bisphosphoglyceacuterate est un intermeacutediaire commun La reacuteaction
catalyseacutee par la kinase est en effet suffisamment exergonique (∆Grsquodeg = -45 KcalMole)
Ici lrsquoenzyme catalyse le transfert du groupement acyl-phosphate agrave lrsquoADP pour former
une autre liaison riche laquo anhydride phosphate raquo et ainsi donner une moleacutecule drsquoATP En
preacutesence drsquoADP la reacuteaction produit de lrsquoATP et du 3-Phosphoglyceacuterate Il srsquoagit pour les
2 reacuteactions coupleacutees (GAPDH + PGK) drsquoune phosphorylation au niveau du substrat
diffeacuterente de la phosphorylation oxydative lieacutee agrave la respiration mitochondriale
II ndash 8 - Transformation du 3-Phosphoglyceacuterate en 2-Phosphoglyceacuterate par une mutase
Elle catalyse un deacuteplacement reacuteversible drsquoun groupement phosphate entre le C2 et le C3
du substrat Lrsquoion magneacutesium est indispensable agrave cette reacuteaction
II ndash 9 - Deacuteshydratation en Phosphoegravenolpyruvate
Crsquoest la seconde reacuteaction de la glycolyse qui geacutenegravere un composeacute laquo riche en eacutenergie raquo
Elle est catalyseacutee par lrsquoeacutenolase Elle provoque lrsquoeacutelimination reacuteversible drsquoune moleacutecule
drsquoeau du substrat pour donner le phosphoeacutenolpyruvate
Cela deacutecoule via la perte drsquoune moleacutecule drsquoeau agrave partir du 2-phosphoglyceacuterate drsquoune
redistribution de lrsquoeacutenergie agrave lrsquointeacuterieur de la moleacutecule
II ndash 10 - Transfert drsquoun groupement phosphate agrave lrsquoADP action de la pyruvate kinase
Crsquoest la derniegravere eacutetape de la glycolyse Crsquoest une reacuteaction de phosphorylation au cours de
laquelle le pyruvate apparaicirct drsquoabord sous la forme laquo eacutenol raquo Il se tautomeacuterise alors
rapidement pour donner le forme laquo ceacuteto raquo plus stable La reacuteaction est quasiment
irreacuteversible dans les conditions intracellulaires Elle neacutecessite des ions magneacutesium
potassium et manganegravese
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
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Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
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Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
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Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
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Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
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I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
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Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
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Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
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de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
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La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
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Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
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Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
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Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
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Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
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III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
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de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
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La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
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Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
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Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
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Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
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Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
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CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
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Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
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Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
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I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
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- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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19
DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
20
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En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
19
DESTINEES DU PYRUVATE
Le pyruvate produit final de la glycolyse suit des voies cataboliques diffeacuterentes selon la
nature de lorganisme et les conditions meacutetaboliques
En anaeacuterobie la reacuteduction du pyruvate en lactate ou eacutethanol (fermentations lactique ou
alcoolique) assure la reacuteoxydation du NADH en NAD+ consommeacute lors de loxydation du
glyceacuteraldeacutehyde 3-phosphate en 13-bisphosphoglyceacuterate (reacuteaction 6 de la glycolyse)
Cette reacutegeacuteneacuteration du NAD+ permet agrave la glycolyse de se maintenir en absence doxygegravene
20
21
En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
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VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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64
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21
En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
21
En aeacuterobie crsquoest la deacutecarboxylation oxydative suivie du cycle de Krebs Le NAD+ est
reacutegeacuteneacutereacute par la phosphorylation oxydative
Agrave leacutetape doxydation du pyruvate (reacuteaction de conversion) les deux moleacutecules de
pyruvate sont converties en deux moleacutecules daceacutetate Cette reacuteaction a lieu dans la
mitochondrie Les deux moleacutecules daceacutetate vont se joindre aux 2 moleacutecules de coenzyme
A pour former 2 aceacutetyl CoA Cette oxydation des deux moleacutecules de pyruvate va
eacutegalement produire 2 NADH Le produit (Aceacutetyl CoA) peut ensuite ecirctre deacutegradeacute par le
cycle de lacide citrique
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
22
CYCLE DE KREBS
Le cycle de Krebs ou cycle du citrate a lieu dans la mitochondrie chez les eucaryotes Il
comporte huit reacuteactions enzymatiques deacutecomposables en reacuteactions simples Cette eacutetape
finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates des acides gras et des acides amineacutes
assure la plus grande part des besoins eacutenergeacutetiques de la cellule gracircce agrave la formation de
coenzymes reacuteduits qui seront reacuteoxydeacutes dans la chaicircne respiratoire
A chaque tour de cycle une moleacutecule daceacutetyl-CoA (2 carbones) reacuteagit avec une
moleacutecule doxaloaceacutetate (4 carbones) pour donner du citrate moleacutecules agrave 6 carbones Au
cours des reacuteactions suivantes 2 carbones du citrate sont eacutelimineacutes sous forme de CO2
assurant ainsi la reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate (4 carbones)
Les carbones oxydeacutes en CO2 proviennent des carbones de loxaloaceacutetate et non pas de
ceux de laceacutetyl-CoA
Les diffeacuterentes eacutetapes du cycle de Krebs
Le cycle de Krebs peut se deacutecomposer scheacutematiquement en trois eacutetapes
- eacutetape 1 preacuteparation aux deacutecarboxylations de la moleacutecule agrave six carbones
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
23
- eacutetape 2 reacuteactions de deacutecarboxylations
- eacutetape 3 reacutegeacuteneacuteration de loxaloaceacutetate qui acceptera agrave nouveau un aceacutetyl-CoA
Eacutetape 1 Le citrate est formeacute par la condensation aldolique dun aceacutetyl-CoA avec un
oxaloaceacutetate reacuteaction coupleacutee agrave lhydrolyse dun thioester Lors de cette premiegravere partie
du cycle de Krebs le citrate sera transformeacute en isocitrate (isomegravere) celui-ci se diffeacuterencie
par la position dun hydroxyle qui passe du carbone 3 (alcool tertiaire) au carbone 4
(alcool secondaire) Il faut noter que le carbone 4 provient de loxaloaceacutetate
Loxydation de cet alcool secondaire permettra le deacutepart du premier groupement COO-
porteacute par le carbone 3
Eacutetape 2 Loxydation de lhydroxyle en C4 de lisocitrate permet la formation dun β-
ceacutetoacide instable qui se deacutecarboxyle spontaneacutement en α-ceacutetoglutarate Ce dernier
subira une deacutecarboxylation oxydative en succinyl-CoA le deuxiegraveme COO- correspond au
carbone 5 de lisocitrate
Eacutetape 3 Agrave partir succinate une suite de trois reacuteactions oxydoreacuteduction hydratation
oxydoreacuteduction est neacutecessaire pour reformer de loxaloaceacutetate Ceci revient agrave convertir
un meacutethylegravene (CH2) en carbonyle (CO)
Le carbonyle de loxaloaceacutetate sera le site de lattaque du prochain aceacutetyl-CoA ce qui
initiera un deuxiegraveme tour de cycle
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PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
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VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
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Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
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28
29
30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
27
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29
30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
28
29
30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
29
30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
30
PHOSPHORYLATION OXYDATIVE
Crsquoest un processus essentiel de transfert drsquoeacutenergie chez les eucaryotes Il consiste en une
production drsquoeacutenergie fournie agrave partir du transfert du flux drsquoeacutelectrons libeacutereacutes par les
catabolites du meacutetabolisme intermeacutediaire agrave lrsquooxygegravene Lrsquoeacutenergie libre reacutecupeacutereacutee est
utiliseacutee pour syntheacutetiser lrsquoATP agrave partir de lrsquoADP Lrsquoeacutenergie est fournie par lrsquooxydation
des atomes drsquohydrogegravene (somme protons plus eacutelectrons) reacutecupeacutereacutee des coenzymes reacuteduits
(NADH H+ FADH2) De lrsquoeau est produite agrave partir de lrsquohydrogegravene et de lrsquooxygegravene au
terme de la chaicircne des reacuteactions drsquooxydo-reacuteduction deacutenommeacutee chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est constitueacutee de deux sous-ensembles
une chaicircne drsquooxydo-reacuteduction transportant protons et eacutelectrons des coenzymes reacuteduits
vers lrsquooxygegravene Elle est constitueacutee de 4 complexes enzymatiques (CI agrave CIV) enchacircsseacutes
dans la membrane interne de la mitochondrie (MMI) et 2 transporteurs mobiles
lrsquoubiquinone et le cytochrome c
un meacutecanisme de phosphorylation assurant la synthegravese drsquoATP agrave partir de lrsquoADP
catalyseacute par lrsquoATP synthase ou complexe V Cette double fonction donne agrave la chaicircne sa
deacutenomination de laquo phosphorylation oxydative raquo appeleacutee aussi laquo oxydation
phosphorylante raquo
La membrane interne de la mitochondrie joue un rocircle fondamental en seacuteparant deux
compartiments la matrice et lrsquoespace inter-membranaire Cette membrane interne
empecircche les protons de passer librement drsquoun compartiment agrave lrsquoautre Ils ne pourront
franchir cette barriegravere que par lrsquointermeacutediaire des complexes respiratoires trans -
membranaires permettant ainsi de constituer un gradient eacutelectrochimique dont lrsquoeacutenergie
de dissipation permettra la synthegravese drsquoATP
La plupart des eacutelectrons entrant dans la chaicircne respiratoire mitochondriale proviennent du
complexe de la pyruvate deacuteshydrogeacutenase du cycle de lrsquoacide citrique de la β -oxydation
des acides gras et des eacutetapes oxydatives du catabolisme des acides amineacutes pour les inseacuterer
sous forme de paires drsquoeacutelectrons dans la chaicircne respiratoire
Le transfert drsquoeacutelectrons au cours des phosphorylations oxydatives est organiseacute gracircce agrave la
preacutesence drsquoune seacuterie de transporteurs speacutecifiques inseacutereacutes le long de la membrane
mitochondriale interne Chacun des composants de la chaicircne de transporteurs (appeleacutee
aussi chaicircne respiratoire mitochondriale) peut accepter des eacutelectrons de lrsquoaccepteur
preacuteceacutedent et le donner au suivant selon une seacutequence bien preacutecise
I - La chaicircne respiratoire
La chaicircne respiratoire est un ensemble de quatre complexes proteacuteiques inclus dans la
membrane interne des mitochondries ou la membrane plasmique des bacteacuteries aeacuterobies
auxquels sont associeacutes deux cofacteurs qui assurent linterface entre les complexes
On distingue 4 groupes qui sont des complexes multienzymatiques
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
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Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
31
Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Complexe II - Succinate - CoQ Reacuteductase (FP2)
Complexe III ndash CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la
chaicircne respiratoire
I ndash 1 - Complexe I - NADH H+ - CoQ Reacuteductase (FP1)
Cest un complexe multienzymatique qui transporte les eacutelectrons de NADHH+ au
coenzyme Q appeleacute encore Ubiquinone agrave travers une seacutequence ougrave apparaissent des
proteacuteines Fer-Soufre (FeS) NADH H+ rarr FMN rarr Fe-S rarr CoQ
Lrsquoenzyme principale de ce complexe I est la NADH H+ deacuteshydrogeacutenase agrave FMN
Crsquoest une flavoproteacuteine appeleacutee FP1 de masse moleacuteculaire de 250 000 daltons Cette
enzyme est inhibeacutee par lAmytal la roteacutenone et la pteacutericidine Lrsquoun de ces composeacutes
inhibe le transport des eacutelections dans le complexe I
NADH + H+
FMN
Fe2+
S
CoQ
NAD+ FMNH2 Fe
3+S CoQH2
Le NADH H+
cegravede ses atomes drsquohydrogegravene agrave lrsquoubiquinone par lrsquointermeacutediaire du FMN
de la NADH-deshydrogegravenase du complexe I Le NADH est reacuteoxydeacute en NAD+ le FMN
est reacuteduit en FMNH2 et ce dernier reacuteduit lrsquoubiquinone
A partir de lrsquoubiquinone protons et eacutelectrons se seacuteparent les protons peacutenegravetrent dans
lrsquoespace inter-membranaire et les eacutelectrons sont transfeacutereacutes un agrave un sur les autres
constituants de la chaicircne respiratoire
FMN et coenzyme Q constituent donc un canal agrave eacutelectrons entre le NADH donneur de 2
eacutelectrons et les cytochromes accepteurs drsquoun seul eacutelectron Le complexe contient
eacutegalement 7 centres fer-soufre agrave travers lesquels passent les eacutelectrons dans leur transfert
du FMN au coenzyme Q
Le flux drsquoeacutelectrons via le complexe I vers le complexe III srsquoaccompagne drsquoun
mouvement de protons allant de la matrice vers la face cytosolique de la membrane
interne Une partie de lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par le flux des eacutelectrons agrave travers ce complexe est
utiliseacutee par un processus coupleacute agrave ce flux pour le transfert actif de protons agrave travers la
membrane (4 protons transporteacutes pour 2 eacutelectrons transfeacutereacutes)
I ndash 2 - Complexe II - Succinate - CoQ reacuteductase (FP2)
Il contient un enzyme du cycle de lrsquoacide citrique la succinate deacuteshydrogeacutenase 2 centres
Fe-S dont un fixe un FAD+ Le succinate en reacuteduisant le FAD
+ de la succinate
deacuteshydrogeacutenase est oxydeacute en fumarate Le FADH2 formeacute reacuteduit alors lrsquoubiquinone
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
32
Le complexe II transfegravere les eacutelectrons du succinate au coenzyme Q Lrsquoenzyme principale
du complexe est la succinate deacuteshydrogeacutenase agrave FAD+
Crsquoest la flavoproteacuteine FP2 Succinate rarr FAD+ rarr (Fe-S) rarr CoQ
Succinate
FAD
Fe2+
S
CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+
S CoQH2
Ici les eacutelectrons passent du succinate au FAD+ et ensuite via les centres Fe-S agrave
lrsquoUbiquinone La petite variation drsquoeacutenergie qui accompagne cette reacuteaction nrsquoest pas
suffisante pour permettre le transport de protons agrave travers la membrane interne de la
mitochondrie
I ndash 3 - Complexe III - CoQH2 - Cytochrome c reacuteductase
Il transfegravere les eacutelectrons du Coenzyme Q reacuteduit au cytochrome c suivant la seacutequence
suivante CoQH2 rarr Cyt b rarr Fe-S rarr Cyt c1 rarr Cyt c
Il contient 2 cytochromes b (b562 et b566) le cytochrome c1 et une proteacuteine fer-soufre Les
eacutelectrons passent via les cytochromes b au cytochrome c1
CoQH2
cyt b ox
Fe2+
S
cyt c1 ox
cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+
S cyt c1 red cyt c ox
Le transfert des eacutelectrons dans ce complexe est spontaneacute Il est inhibeacute entre le Cyt b et le
Cyt c1 par lANTIMYCINE A
La transition entre lrsquoubiquinone qui transporte 2 eacutelectrons et les cytochromes qui
transportent un eacutelectron srsquoeffectue par une seacuterie de reacuteactions qursquoon appelle cycle Q
Lrsquooxydation de lrsquoubiquinone se fait en 2 eacutetapes Au total lrsquooxydation de lrsquoubiquinone
permet le preacutelegravevement de 2 protons venant de la matrice et la libeacuteration de 4 protons
dans lrsquoespace intermembranaire pour chaque paire drsquoeacutelectrons qui passe dans le cycle de
lrsquoubiquinone
2 eacutelectrons
UQH2 + 2H+
internes + 2 Cyt c ox UQ + 4H+
externes + 2 Cyt C red
Comme avec le complexe I le passage des eacutelectrons par le cycle de UQ du complexe III
est accompagneacute drsquoun transfert de protons agrave travers la membrane interne
Le complexe III fonctionne comme une pompe agrave protons compte tenu de lrsquoorientation
asymeacutetrique du complexe les protons produits par lrsquooxydation de CoQH2 sont libeacutereacutes
dans lrsquoespace intermembranaire produisant un gradient de protons
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
33
I ndash 4 - Complexe IV - Cytochrome c oxydase
Il contient les cytochromes a et a3 et 2 ions cuivre qui sont cruciaux pour le transfert des
eacutelectrons agrave lrsquooxygegravene et la synthegravese simultaneacutee de 2 moleacutecules drsquoeau
On obtient Cyt c rarr Cyt a rarr Cyt a3 rarr O2
Le transfert des eacutelectrons entre le cyt a3 et loxygegravene est inhibeacute par lrsquoazide par le CO et
par les cyanures qui constituent des poisons respiratoires violents
cyt c red
cyt a ox
cyt a3 red
O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O
Il catalyse lrsquooxydation agrave un eacutelectron de 4 moleacutecules de Cyt c (Fe2+) associeacutee agrave la
reacuteduction concomitante drsquoune moleacutecule drsquooxygegravene par 4 eacutelectrons
4 Cyt c (Fe 2+
) + 4H+
+ O2 4 Cyt c (Fe 3+
) + 2HOH
La reacuteduction de lrsquooxygegravene dans le complexe IV srsquoaccompagne drsquoun transport de protons
agrave travers la membrane interne de la matrice vers lrsquoespace intermembranaire Pour 4
eacutelectrons utiliseacutes pour la reacuteduction de lrsquooxygegravene 4 protons sont transporteacutes dont 2
servent agrave la formation de lrsquoeau et 2 passent dans lrsquoespace inter-membranaire
Lrsquoaction combineacutee des complexes I III et IV aboutit au transfert drsquoeacutelectrons du NADH agrave
lrsquooxygegravene Les complexes II III et IV agissant pour catalyser le transfert des eacutelectrons du
succinate agrave lrsquooxygegravene
Lorsque des mitochondries isoleacutees sont mises en suspension dans un tampon contenant
ADP Pi et un substrat oxydable trois pheacutenomegravenes se produisent - le substrat est oxydeacute
- lrsquooxygegravene est consommeacute - lrsquoATP est syntheacutetiseacute Des mesures reacutealiseacutees montrent qursquoen
preacutesence de NADH comme donneur drsquoeacutelectrons les mitochondries syntheacutetisent 3 ATP
par paire drsquoeacutelectrons aboutissant agrave lrsquooxygegravene et avec le succinate 2 ATP par paire
drsquoeacutelectrons
II - La synthegravese drsquoATP
La synthegravese endergonique drsquoATP agrave partir drsquoADP dans les mitochondries est catalyseacutee par
lrsquoATP synthase qui agit comme une pompe agrave protons (complexe V) Son action est
coupleacutee au transfert drsquoeacutelectrons Mais le complexe V eacutetant physiquement distinct des
autres complexes de la chaicircne respiratoire lrsquoeacutenergie libre libeacutereacutee par le transfert
drsquoeacutelectrons doit ecirctre mise en reacuteserve sous une forme utilisable pour lrsquoATP synthase Ce
meacutecanisme neacutecessite un couplage eacutenergeacutetique entre oxydation du NADH et
phosphorylation de lrsquoADP et est ainsi deacutenommeacute phosphorylation oxydative Le transfert
drsquoeacutelectrons agrave travers la chaicircne respiratoire libegravere plus drsquoeacutenergie libre qursquoil est neacutecessaire
pour former de lrsquoATP La phosphorylation oxydative ne pose donc aucun problegraveme
thermodynamique
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
34
II- 1 - Les hypothegraveses du couplage eacutenergeacutetique
Couplage chimique Selon Slater (1953) le transfert drsquoeacutelectrons va permettre la
formation drsquointermeacutediaires phosphoryleacutes riches en eacutenergie Hypothegravese abandonneacutee car
aucun de ces intermeacutediaires nrsquoa pu ecirctre isoleacute
Couplage conformationnel Selon Boyer (1964) le transfert drsquoeacutelectrons induit certaines
proteacuteines de la membrane interne agrave adopter des conformations activeacutees Ces proteacuteines
eacutetant associeacutees agrave lrsquoATP synthase assureraient la synthegravese drsquoATP en revenant agrave leur
conformation originelle Mais cette hypothegravese nrsquoa jamais pu ecirctre veacuterifieacutee
expeacuterimentalement
Couplage chimio-osmotique Selon Mitchell (1961) lrsquoeacutenergie libre du transfert
drsquoeacutelectrons est utiliseacutee pour faire passer des protons de la matrice vers lrsquoespace
intermembranaire aboutissant donc agrave une diffeacuterence transmembranaire de la
concentration de protons et donc de pH La matrice devient leacutegegraverement basique par
rapport au coteacute cytosolique de la membrane Le potentiel eacutelectrochimique de ce gradient
est utiliseacute pour la synthegravese drsquoATP
II ndash 2 - Formation et meacutecanismes du gradient de protons
Le transfert drsquoeacutelectrons amegravene les complexes I III et IV agrave transporter des protons agrave
travers la membrane interne depuis la matrice (de potentiel eacutelectrique neacutegatif) agrave lrsquoespace
intermembranaire ougrave regravegne un potentiel eacutelectrique positif Lrsquoeacutenergie libre emmagasineacutee
sous forme drsquoun gradient eacutelectrochimique reacutesultant est appeleacutee la force protomotrice et
assure la synthegravese de lrsquoATP
Selon le modegravele de Mitchell environ 10 protons sont eacutejecteacutes dans lrsquoespace inter -
membranaire pour chaque moleacutecule de NADH oxydeacutee et il faut un retour de 3 protons
dans la matrice pour assurer lrsquoeacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese drsquoun ATP
Le retour des protons dans la matrice ne peut se produire quau niveau de passages
speacutecifiques constitueacutes par lATP syntheacutetase (complexes FoF1) Fo est un canal
transmembranaire qui laisse passer seacutelectivement les protons F1 contient le site
catalytique responsable de la synthegravese de lATP agrave partir dADP et de Pi Le gradient
eacutelectrochimique de protons fournit ainsi leacutenergie neacutecessaire agrave la synthegravese dATP on dit
quil est deacutechargeacute
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
35
III - Systegravemes navettes et transport du NADH
La plus grande partie du NADH utiliseacute par la chaicircne respiratoire est produit dans la
mitochondrie Or du NADH est eacutegalement produit dans le cytoplasme (Ex GAPDH
pendant la glycolyse) Les cellules disposent donc de plusieurs systegravemes de navettes pour
transfeacuterer les eacutelectrons du NADH dans la mitochondrie sans que la moleacutecule de NADH
elle-mecircme soit transporteacutee puisque la membrane interne de la mitochondrie (MMI) est
impermeacuteable agrave ce composeacute
La navette du glyceacuterol phosphate Deux glyceacuterol phosphate deacuteshydrogeacutenases
diffeacuterentes participent agrave cette navette une cytosolique coenzyme NAD+ lautre
mitochondriale situeacutee sur la face externe de la membrane interne coenzyme FAD
Les eacutequivalents reacuteducteurs du NADH cytosolique se retrouvent par le jeu de ces deux
enzymes au niveau du FADH2 dans la membrane interne mitochondriale Puis ces deux
eacutelectrons sont transfeacutereacutes via lubiquinone au complexe III de la chaicircne respiratoire
Donc la reacuteoxydation du NADH cytosolique par cette navette a un coucirct eacutenergeacutetique elle
ne permet la synthegravese que de 2 ATP au lieu des 3 produits par la reacuteoxydation dun NADH
mitochondrial
La navette malate-aspartate Dans le cytosol la reacuteduction de loxaloaceacutetate en malate
par une malate deacuteshydrogeacutenase assure loxydation du NADH en NAD+ Le malate est
ensuite transporteacute dans la matrice mitochondriale ougrave une malate deacuteshydrogeacutenase loxyde
en oxaloaceacutetate avec reacuteduction du NAD+ en NADH Loxaloaceacutetate ainsi produit dans la
mitochondrie ne peut franchir la membrane mitochondriale une reacuteaction de
transamination le transformera en aspartate qui lui traverse cette membrane Une
deuxiegraveme transamination dans le cytosol redonnera de loxaloaceacutetate
Ce cycle de navette permet ainsi de transfeacuterer les eacutequivalents reacuteducteurs dun NADH
cytosolique agrave un NADH mitochondrial et donc de reacutecupeacuterer 3 ATP par NADH produit dans
le cytosol
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
36
VOIES DrsquoALIMENTATION DE LA GLYCOLYSE
-ENTREE DES AUTRES GLUCIDES-
En dehors du glucose de nombreux autres oses entrent dans la voie de la glycolyse pour
fournir de lrsquoeacutenergie Les plus inteacuteressants sont le glycogegravene et lrsquoamidon les disaccharides
(saccharose maltose lactose) et les oses fructose galactose et mannose
I ndash Meacutetabolisme du glycogegravene
Le meacutetabolisme du glycogegravene et de lrsquoamidon sont proches sauf que le glycogegravene est le
plus souvent drsquoorigine endogegravene et lrsquoamidon drsquoorigine alimentaire Le meacutetabolisme du
glycogegravene et sa reacutegulation seront eacutetudieacutes plus loin)
Succinctement le glucose-1P produit terminal des reacuteactions de deacutegradation de lrsquoamidon
et du glycogegravene est transformeacute en glucose-6P par une phosphoglucomutase Le produit
de la reacuteaction rejoint ainsi la deuxiegraveme eacutetape de la glycolyse
II - Meacutetabolisme des autres sucres
Les plus important sont le fructose issu du saccharose et des fruits et le galactose issu du
lactose A un degreacute moindre intervient aussi le mannose issu de lrsquohydrolyse des
polysaccharides
A la surface des villositeacutes intestinales (surtout du jeacutejunum) sont produites des
disaccharidases Elles exercent un rocircle cleacute drsquohydrolyse des principaux disaccharides
produits soit agrave partir de lrsquoamidon (maltose) soit provenant directement des aliments
lactose et saccharose Il srsquoagit de la maltase de la lactase et de la saccharase
La maltase des enteacuterocytes possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Maltose + HOH 2 Glucose
La lactase possegravede une activiteacute de β-D-Galactosidase
Lactose + HOH Galactose + Glucose
La saccharase possegravede une activiteacute drsquoα-D-Glucosidase
Saccharose + HOH Fructose + Glucose
De la cellule intestinale les oses passent dans le sang essentiellement sous la forme de
glucose (80) et drsquoautres oses fructose et galactose
I ndash 1 - Transformations meacutetaboliques du glucose
Labsorption intestinale du glucose est un meacutecanisme de transport actif contre un gradient
de concentration deacutependant de la concentration en sodium laugmentation de la
concentration du sodium extracellulaire entraicircne une augmentation du transit du glucose
vers la cellule
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
37
Pour ecirctre utiliseacute par les tissus le glucose est activeacute par phosphorylation (voir la glycolyse)
Le glucose est destineacute vers la glycolyse et la glycogeacutenogenegravese
I ndash 2 - Transformations meacutetaboliques du galactose
Le galactose repreacutesente un carburant essentiel des produits laitiers Il ne peut ecirctre
phosphoryleacute directement car non reconnu par les hexokinases Il est phosphoryleacute par une
galactokinase dans le foie en galactose-1P Il est ensuite eacutepimeacuteriseacute en glucose-1P par une
reacuteaction particuliegravere
Labsence de galactose 1-phosphate uridyl transfeacuterase est la cause de la galactoseacutemie maladie
seacutevegravere transmise de faccedilon autosomique reacutecessive Les nourrissons qui en sont affecteacutes ne se
deacuteveloppent pas Ils sont victime dune intoxication au Gal 1-P agrave partir du Gal issu du lactose
Des vomissements ou des diarrheacutees apparaissent lorsque le lait est ingeacutereacute et une hypertrophie
du foie et un ictegravere sont freacutequents La galactoseacutemie est traiteacutee par surpression totale du
galactose de lrsquoalimentation
I ndash 3 - Transformations meacutetaboliques du mannose et du fructose
Le mannose peut ecirctre facilement phosphoryleacute par lrsquohexokinase en mannose-6P et ensuite
isomeacuteriseacute par une phosphomannose isomeacuterase en fructose-6P rejoignant ainsi la
glycolyse
mannose mannose-6P fructose-6P Glycolyse
Hexokinase Phosphomannose isomeacuterase
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
38
Dans le muscle le fructose est phosphoryleacute par lrsquohexokinase et rentre aiseacutement dans la
glycolyse Dans le foie le meacutetabolisme est diffeacuterent En effet la fructokinase catalyse la
phosphorylation du fructose en fructose-1P en preacutesence drsquoATP Ensuite le fuctose-1P est
cliveacute par la fructose-1P aldolase en glyceacuteraldeacutehyde et dihydroxyaceacutetone-phosphate Le
glyceacuteraldeacutehyde est phosphoryleacute en glyceacuteraldeacutehyde phosphate par une triose kinase et
ainsi les 2 produits rentrent dans la voie de la glycolyse
En cas drsquoexcegraves alimentaire de fructose la production de fructose-1P peut ecirctre plus rapide
que sa deacutegradation par lrsquoaldolase entraicircnant une baisse des reacuteserves heacutepatiques
en phosphate donc en ATP Lrsquointoleacuterance au fructose maladie geacuteneacutetique lieacutee agrave une
deacuteficience en fructose-1P aldolase entraicircne une heacutepatomeacutegalie souvent associeacutee agrave un
retard staturo-pondeacuteral
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
39
Remarque
La digestion des lipides produit le glyceacuterol qui est converti en intermeacutediaire de la
glycolyse
ATP ADP NAD+ NADH H
+
Glyceacuterol Glyceacuterol 3P DHAP Glycolyse
glyceacuterol kinase glyceacuterol-3P-deacuteshydrogeacutenase
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
METABOLISME DES LIPIDES
I - DIGESTION DES LIPIDES ALIMENTAIRES
Les principaux lipides de lrsquoalimentation humaine ou animale sont constitueacutes essentiellement de
triacylglyceacuterols (triglyceacuterides) de phospholipides et de steacuterols La digestion de ces lipides est
sous la deacutependance des enzymes pancreacuteatiques et des sels biliaires
Les enzymes qui hydrolysent les lipides sont les lipases et les phospholipases Leur activiteacute se
deacuteroule dans lrsquointestin grecircle
- Lrsquoaction complegravete du triglyceacuteride lipase (pancreacuteatique) conduit agrave la libeacuteration de 2 acides
gras et du 2-monoacylglyceacuterol Seuls les esters des fonctions alcool primaire du triglyceacuteride sont
hydrolyseacutes
- Les phospholipases qui hydrolysent les phospholipides sont au nombre de 4 A1 A2 C
et D Les phospholipases A1 et A2 libegraverent respectivement les acides gras qui esteacuterifient les
fonctions alcool primaire et secondaire du glyceacuterol Les composeacutes priveacutes de ces acides gras sont
appeleacutes des lysophospholipides La phospholipase C hydrolyse la liaison ester entre le glyceacuterol et
le groupement phosphate Enfin la phospholipase D libegravere lrsquoalcool qui speacutecifie le phospholipide
Lrsquoaction des sels biliaires complegravete la mise en eacutemulsion et la formation de micelles des
triglyceacuterides
Les micelles mixtes contiennent apregraves lrsquoaction complegravete des lipases des acides gras et des 2-
mono-acylglyceacuterols Elles sont absorbeacutees par les enteacuterocytes (cellules absorbantes de lrsquointestin
grecircle) Une fois entreacutes dans lrsquoenteacuterocyte les acides gras sont pris en charge par un transporteur
speacutecifique qui les achemine dans le reacuteticulum endoplasmique lisse Ils sont rejoints par les 2-
monoacylglyceacuterols qui ont la capaciteacute de traverser par diffusion passive
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
41
Les acides gras et les 2-mono-acylglyceacuterols sont recombineacutes en triacylglyceacuterols par les enzymes
du reacuteticulum endoplasmique
Les lipoproteacuteines sont des formes de transport des graisses hydrophobes dans le plasma sanguin
De structure globulaire elles sont constitueacutees drsquoun coeur hydrophobe de triglyceacuterides entoureacute de
proteacuteines drsquoesters de cholesteacuterol et de phospholipides Les lipoproteacuteines majeures sont
- les chylomicrons syntheacutetiseacutes dans les enteacuterocytes (intestin) forme de transport des
triglyceacuterides alimentaires vers les tissus utilisateurs et le tissu adipeux
- les VLDL (very low density lipoproteins) syntheacutetiseacutees dans le foie
- les LDL (low density lipoproteins)
- les HDL (high density lipoproteins) syntheacutetiseacutes dans le sang
Crsquoest sous la forme de triglyceacuterides que les lipides sont transporteacutes vers les tissus adipeux et crsquoest
sous la mecircme forme qursquoils sont achemineacutes vers les tissus utilisateurs
Au niveau des capillaires les chylomicrons et les VLDL srsquoattachent progressivement aux parois
ougrave une lipoproteacuteine lipase les deacutebarrasse de leur triglyceacuteride en les hydrolysant en acides gras et
en 2-monoacylglyceacuterol Le reste proteacuteique du chylomicron retourne dans le flux sanguin et est
retireacute par le foie Les acides gras et le monoglyceacuteride peacutenegravetrent dans les cellules adjacentes
musculaires ou adipeuses par diffusion gracircce au gradient entre les deux compartiments Ces
composeacutes sont utiliseacutes directement dans la β-oxydation ou sont retransformeacutes en triglyceacuterides
pour ecirctre stockeacutes
Les VLDL sont transformeacutes en LDL dans les tissus Ces derniers sont abondants dans la
circulation Ils constituent une source de cholesteacuterol exogegravene aux tissus
Les HDL circulent sans discontinuer et contiennent une enzyme (la phosphatidylcholine
cholesteacuterol acyltransfeacuterase) qui esteacuterifie le cholesteacuterol libre Ils sont preacuteleveacutes par les heacutepatocytes
et se retrouvent dans les sels biliaires
II - MOBILISATION DES TRIGLYCERIDES DE RESERVE
Les triglyceacuterides de reacuteserve constituent une source drsquoeacutenergie utilisable par toutes les cellules Ils
sont mobiliseacutes en lrsquoabsence du glucose La diegravete prolongeacutee les exercices physiques et le stress
favorisent leur mobilisation Ils sont hydrolyseacutes par une triglyceacuteride lipase sensible aux
hormones (adreacutenaline glucagon noradreacutenaline corticosteacuteroiumldes hormones hypophysaires etc)
Leur hydrolyse dans les adipocytes fournit des acides gras et les 2-monoacylglyceacuterols Ce dernier
est hydrolyseacute dans les cellules par une deuxiegraveme lipase intracellulaire qui libegravere le dernier acide
gras et le glyceacuterol
Le glyceacuterol peut ecirctre reacuteutiliseacute comme preacutecurseur de la synthegravese des lipides ou du glucose
(neacuteoglucogenegravese) ou suivre la voie de la glycolyse
III - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS
Expeacuterience de KNOOP Lrsquoexpeacuterience consiste agrave administrer aux chiens des acides gras agrave
chaicircnes drsquoatomes de carbone substitueacutees agrave des groupements phenyl
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
42
C impair Ac phenyl propionique rarr Ac Benzoiumlque
Phenyl -CH2 - -CH2-COOH rarr Phenyl -COOH
β α C pair Ac phenyl butyrique rarr Ac phenyl aceacutetique
Phenyl -CH2-CH2- -CH2-COOH rarr Phenyl -CH2-COOH
β α
KNOOP est le premier a suggeacutereacute que la deacutegradation des AG srsquoeffectuait par
deacutetachements successifs de 2 atomes de carbone par rupture de la liaison covalente entre
le Cα et le Cβ drsquoougrave lrsquoappellation de la deacutegradation par β ndash OXYDATION
Lrsquooxydation des AG doit srsquoeffectuer agrave partir de la fonction carboxylique
LEHNINGER amp KENNEDY montrent que le systegraveme est entiegraverement localiseacute dans les
mitochondries et qursquoil requiert lrsquoATP
LYNEN montre que lrsquoactivation des AG par le biais de lrsquoATP implique en fait
lrsquoesteacuterification des AG avec le groupement thiol du coenzyme A
LYNEN montre aussi que les eacutetapes suivant lrsquoactivation des AG par le CoASH
srsquoeffectuent avec des esters du coenzyme A
Pour ecirctre oxydeacutes les acides doivent dabord ecirctre activeacutes Dans la mitochondrie lrsquoacyl est transfeacutereacute
sur le coenzyme A dans lrsquoespace intermembranaire puis transporteacute dans la matrice par la navette
acyl-carnitine agrave travers la membrane mitochondriale interne
III - 1 - Activation des acides gras en acyl-CoA
Avant leur oxydation les acides gras libres sont activeacutes dans la membrane mitochondriale
externe par des acyl-CoA syntheacutetases qui les transforment en thioesters dacyl-CoA composeacutes
riches en eacutenergie La reacuteaction consomme un ATP et produit une moleacutecule dAMP et de
pyrophosphate Lhydrolyse de ce dernier par la pyrophosphatase favorise eacutenergeacutetiquement la
synthegravese de lacyl-CoA
La formation de lacyl-CoA est une reacuteaction de double transfert deacutecomposable en
-simple transfert dAMP sur lacide gras avec formation dacyladeacutenylate
acide gras + ATP ------gt acyl-adeacutenylate + 2 Pi
R-COOH R-CO-AMP
-simple transfert dacyl sur le CoASH
acyl-adeacutenylate +HSCoA ------gt acyl-SCoA + AMP
R-CO-SCoA
La reacuteaction globale acide gras +HSCoA + ATP ------gt acyl-SCoA + AMP + 2 Pi est fortement
exergonique elle a neacutecessiteacute la consommation de deux liaisons riches en eacutenergie de lATP
III - 2 - Passage des acyl-CoA agrave travers la membrane interne mitochondriale
Les acyl-SCoA formeacutes dans la membrane externe mitochondriale ne traversent pas intacts la
membrane interne le radical acyl est pris en charge par la carnitine La reacuteaction est catalyseacutee par
lacyl-carnitine transfeacuterase 1 Lacyl-carnitine et le HSCoA sont libeacutereacutes dans lrsquoespace
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
43
intermembranaire Lacyl-carnitine est transporteacute agrave travers la membrane interne gracircce agrave lrsquoaction
drsquoune acylcarnitine translocase
Acyl-SCoA + Carnitine Acyl-carnitine + HSCoA
Acyl-carnitine transfeacuterase 1
Dans la matrice mitochondriale le radical acyl est retransfeacutereacute sur le HSCoA La reacuteaction est
catalyseacutee par lacyl-carnitine transfeacuterase 2 Lrsquoacyl-CoA ainsi reconstitueacute devient le substrat des
reacuteactions qui vont se deacuterouler dans la matrice mitochondriale
Acyl-carnitine + HSCoA Acyl-SCoA + Carnitine
Acyl-carnitine transfeacuterase 2
III - 3 - Deacutegradation des acides gras satureacutes en aceacutetyl-CoA heacutelice de Lynen
Loxydation des acides gras se deacuteroule dans la matrice par cycles reacutepeacuteteacutes de quatre reacuteactions
enzymatiques (heacutelice de Lynen) Un cycle geacutenegravere un FADH2 un NADH un aceacutetyl-SCoA et un
acyl-SCoA raccourci de deux carbones
Premiegravere deacuteshydrogeacutenation de lrsquoacyl-CoA Entre les carbones 2 et 3 de lrsquoacyl-SCoA
il se produit une deacuteshydrogeacutenation effectueacutee par lacyl-SCoA deacuteshydrogeacutenase reacuteaction doxydo-
reacuteduction agrave FAD qui creacutee une double liaison (conversion de lacyl-CoA en trans δ2-enoyl CoA)
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
44
Hydratation de la double liaison Elle est assureacutee par une eacutenoyl-CoA hydratase Le
produit obtenu est le 3- L -hydroxyacyl-CoA La fixation du radical OH est orienteacutee sur le
carbone 3
Deuxiegraveme deacuteshydrogeacutenation Reacuteaction doxydo-reacuteduction agrave NAD+ Elle porte sur le 3-
hydroxyacyl-CoA Laccepteur des hydrogegravenes est le NAD+ Loxydation de la fonction alcool
conduit agrave une fonction ceacutetone Lenzyme est le 3- hydroxyacyl-CoA deacuteshydrogeacutenase et le
composeacute obtenu est le 3- ceacutetoacyl-CoA
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
45
Clivage de lacide gras Analogue agrave la reacuteaction dhydrolyse Cest la derniegravere reacuteaction de
la seacutequence Lenzyme qui intervient est la szligceacutetothiolase (lyase) Au cours de la thiolyse en
preacutesence dun HSCoA il y a libeacuteration dun aceacutetyl-CoA et reformation dun acyl-CoA dont la
chaicircne est priveacutee de 2 carbones Ce dernier acyl-CoA va servir de substrat pour le tour suivant
A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice
46
Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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Si nous partons dun acide gras agrave 2n carbones il faut (n-1) tours pour obtenir la szlig-oxydation
complegravete de lacide gras avec la libeacuteration de n aceacutetyl-CoA
Autre formule Pour calculer le nombre de moleacutecules drsquoATP formeacutees
17 (N2 ndash 1) + 12 ndash 2 = 17 N2 ndash 7
(N nombre drsquoatomes de carbone)
17 A la fin de chaque tour il y a libeacuteration de 1 aceacutetyl-CoA de 1 FADH2 et de 1 NADH H+ agrave
linteacuterieur de la matrice ce qui correspond agrave la formation de
12 ATP1 aceacutetyl-CoA (Cycle de Krebs)
2 ATP1 FADH2 (Phosphorylation oxydative)
3 ATP1 NADH H+ (Phosphorylation oxydative)
(N2 ndash 1) nombre de tours pour obtenir la szlig-oxydation complegravete de lacide gras
12 dernier aceacutetyl-CoA obtenu apregraves oxydation complegravete de lacide gras
2 correspond aux 2 ATP de lrsquoeacutetape drsquoactivation
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
47
Exemple β - oxydation de lrsquoacide steacutearique
Bilan eacutenergeacutetique pour un acide gras en C18 (182=9 9-1=8 8 tours dheacutelice)
Transformation en steacutearyl ndash CoA consommation de 2 liaisons riches en eacutenergie (~ 2ATP)
Energie produite sous forme drsquoATP
8 X 1 FADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 2 ATP = 16
8 X 1 NADH2 (chaicircne respiratoire) = 8 X 3 ATP = 24
9 Aceacutetyl ndash CoA (cycle de Krebs) = 9 X 12 ATP = 108
Total = 16 + 24 + 108 ndash 2 = 146 ATP
IV - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS A NOMBRE IMPAIR
Les acides gras agrave nombre impair de carbones (2n+1) sont rares et ne se trouvent que dans
quelques organismes marins et dans les veacutegeacutetaux On obtient agrave lrsquoissue de la szlig-oxydation (n-1)
aceacutetyl-CoA et un reacutesidu final qui est le propionyl-CoA Ce dernier subit une seacutequence de
reacuteactions qui le transforment en succinyl-CoA
Carboxylation et formation du 2-meacutethyl malonyl-CoA La reacuteaction est catalyseacutee par
la propionyl-CoA Carboxylase
CH3
CH3-CH2-CO~SCoA + CO2 + ATP rarr COOH-CH-CO~SCoA + AD
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
48
Isomeacuterisation du 2-meacutethyl malonyl-CoA Le 2-meacutethylmalonyl-CoA est transformeacute en
succinyl-CoA par la 2-meacutethyl malonyl - CoA carboxymutase intermeacutediaire du cycle de Krebs et
susceptible drsquoecirctre converti en malate preacutecurseur de la neacuteoglucogenegravese
CH3
COOH-CH-CO~SCoA rarr HOOC-CH2-CH2-CO~SCoA
V - szlig-OXYDATION DES ACIDES GRAS INSATURES
Les acides gras insatureacutes sont deacutegradeacutes de la mecircme faccedilon que les acides gras satureacutes apregraves leur
activation et leur liaison au coenzyme A Cependant deux enzymes une isomeacuterase et une
eacutepimeacuterase sont neacutecessaires pour loxydation complegravete de ces acides
Laction de llsquoisomeacuterase peut ecirctre illustreacutee au moyen de la deacutegradation de l acide oleacuteique en C18
qui preacutesente une double liaison cis entre les carbones 9 et 10 Les trois premiers tours enlegravevent 6
carbones sous forme de 3 aceacutetyl-CoA La moleacutecule restante a une double liaison entre C3 et C4
et sous forme cis ce qui empecircche la formation de la double liaison de la szlig-oxydation entre C2 et
C3 Lisomeacuterase transforme la liaison cis en trans et la deacuteplace entre C2 et C3 ce qui permet agrave la
szlig-oxydation de se poursuivre
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide oleacuteique)
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH2 ndash CH2 ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2 ndashCH2 ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
Dans le cas des composeacutes insatureacutes avec des doubles liaisons cis en position 9 et 12 les trois
premiers tours enlegravevent 3 aceacutetyl-CoA Le composeacute restant qui a deux doubles liaisons en
position 3 et 6 est hydrateacute sur la premiegravere double liaison en donnant un produit de la
configuration D qui nest pas un substrat de la szlig-oxydation Il est alors eacutepimeacuteriseacute en composeacute L
par une eacutepimeacuterase
ACIDES GRAS INSATURES (ex acide linoleacuteique)
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2 ndashCH2ndash(CH2)5ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation (3 tours) darr
R-CH2 ndashCH = CH ndashCH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
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III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
49
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCH =CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH2ndashCH2ndashCO ndashSCoA
1egravere eacutetape de β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH =CH ndashCH=CH ndashCO ndashSCoA
Reacuteduction de la double liaison
(Eacutepimegraverase reacuteductase agrave NADH+ H+) darr
R-CH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCH2ndashCO ndashSCoA
Isomeacuterisation de la double liaison darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCH = CH ndashCO ndashSCoA
β ndashoxydation darr
R-CH2ndashCH2ndashCH2ndashCO -SCoA
VI - VOIES MINEURES DE LrsquoOXYDATION DES ACIDES GRAS
VI - 1 ndash Cas de lrsquoα ndash oxydation
Lrsquoα ndash oxydation peut jouer un rocircle meacutetabolique pour court-circuiter certains blocages du systegraveme
β ndash oxydation
Par exemple le phytol agrave 20 atomes de carbones (provenant de la chlorophylle) est transformeacute en
acide phytanique
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
50
Or cet acide phytanique substitueacute en 3 (ou en β) ne peut pas ecirctre deacutegradeacute par la β ndash oxydation
Le meacutecanisme de deacutegradation oxydative proposeacute est lrsquoα ndash oxydation neacutecessitant lrsquoO2
moleacuteculaire Ce dernier conduit agrave la formation drsquoun acide gras α ndash hydroxyleacute (acide α ndash Hydroxy
- phytanique) sous lrsquoaction de la monooxygeacutenase ou hydroxylase La monooxygeacutenation est une
co-reacuteduction de lrsquoO2 moleacuteculaire par NADP reacuteduit (NADPH) et le substrat (acide gras) Lrsquoacide
α ndash Hydroxy ndash phytanique est alors oxydeacute par α ndash oxydation en nor-acide ou acide pristanique agrave
19 atomes de carbones qui lui peut ecirctre meacutetaboliseacute par la β ndash oxydation apregraves activation
Acide phytanique
-Hydroxylase
-Hydroxy-phytanique
-Oxidation CO2
Acide Pristanique
ACTIVATION
Pristanoyl CoA
β Oxydation (6 cycles)
CH3 CH3CHCOSCoA + 3 CH3CH2COSCoA + 3 CH3COSCoA Iso-Butyryl CoA Propionyl CoA Acetyl CoA Lrsquoaccumulation de lrsquoacide phytanique dans lrsquoorganisme est agrave lrsquoorigine de la maladie de Refsum
qui est une maladie moleacuteculaire preacutesenteacutee chez les individus ougrave le systegraveme α ndash oxydation nrsquoest
pas fonctionnel
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCO 2H
CH3 CH3
OH
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCHCO 2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCH2CO2H
CH3 CH3
CH3(CHCH2CH2CH2)3CHCOSCoA
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
51
La maladie de Refsum est un syndrome neurologique traduit par une rigiditeacute segmentaire et une
ataxie ceacutereacutebelleuse provoqueacutee par une deacuteficience de systegraveme de monooxygeacutenation
VI - 2 ndash Cas de lrsquoω ndash oxydation
Les acides gras bisubstitueacutes en position 2 ne peuvent ecirctre meacutetaboliseacutes ni par α ndash oxydation ni
par β ndash oxydation Ces acides gras ne peuvent ecirctre oxydeacutes que par ω ndash oxydation c ndash agrave ndash d
transformation du groupement meacutethyl (CH3) du carbone ω en COOH pour former un diacide
Cette transformation implique deux eacutetapes
Hydroxylation transformation du (CH3) du carbone ω en alcool
Deacuteshydrogeacutenation transformation de lrsquoalcool en aldeacutehyde puis en acide (COOH)
Ce deuxiegraveme carboxyle en position ω va servir de point de deacutepart agrave la β ndash oxydation
Exemple Acide α ndash dimeacutetyl octadeacutecanoicircque
CH3
CH3 minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr ω ndash oxydation
CH3
COOH minus (CH2)15 minus C minus COOH
CH3
darr Activation
CH3
O=C minus (CH2)15 minus C minus COOH
SCoA CH3
darr 6 β ndash oxydations
CH3
O=C minus (CH2)3 minus C minus COOH + 6 (CH3minusC=O)
SCoA CH3 SCoA
Soluble dans lrsquoeau
52
CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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CATABOLISME DE LA PARTIE AZOTEacuteE
DES ACIDES AMINEacuteS LE CYCLE DE LUREacuteE
I ndash Devenir des proteacuteines alimentaires
La digestion des proteacuteines qui consiste agrave couper la chaicircne drsquoacides amineacutes en acides amineacutes
simples commence dans lrsquoestomac avec la pepsine et se termine dans lrsquointestin grecircle avec la
trypsine et drsquoautres enzymes proteacuteolytiques
Les acides amineacutes sont transporteacutes dans les cellules intestinales agrave lrsquoaide de transporteurs et
passent dans la circulation sanguine par diffusion
Les acides amineacutes entrant dans les cellules par transport actif peuvent suivre plusieurs destineacutees
meacutetaboliques
a) ils servent de preacutecurseurs agrave la biosynthegravese des proteacuteines Les muscles constituant la reacuteserve
la plus importante de proteacuteines peuvent ecirctre solliciteacutes en cas de peacutenurie drsquoacides amineacutes Le foie
participe agrave cette synthegravese proteacuteique mais il assure surtout la deacutegradation des acides amineacutes
sanguins en excegraves
b) certains sont les preacutecurseurs de la biosynthegravese de composeacutes speacutecifiques nucleacuteotides
hormones autres composeacutes azoteacutes
c) les acides amineacutes non concerneacutes par les destineacutees preacuteceacutedentes sont deacutesamineacutes et
transformeacutes
en acide pyruvique
en aceacutetyl CoA
en des intermeacutediaires du cycle de Krebs (oxaloaceacutetate α-ceacutetoglutarate succinyl
CoA et fumarate)
Acide amineacute
Squelette des
atomes de carbone
Glucose Aceacutetyl-CoA Corps
ceacutetoniques
Ureacutee
53
III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
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III - Formes dexcreacutetion des deacutechets azoteacutes
Du fait de la petite taille et de la grande solubiliteacute de lammoniac les poissons et beaucoup
danimaux aquatiques eacuteliminent lazote amineacute sous cette forme par diffusion au travers des
membranes Ils sont dits ammonioteacuteliques
Lexcreacutetion dammoniac pour un animal terrestre donc ne baignant pas dans un grand volume
deau est extrecircmement difficile car il lui faudrait uriner eacutenormeacutement pour arriver agrave diluer
suffisamment lammoniac En conseacutequence lhomme et les mammifegraveres eacuteliminent lazote sous
forme dureacutee dont la toxiciteacute est environ 100000 fois plus faible que celle de lammoniac Ils
sont dits ureacuteoteacuteliques
Les oiseaux et les reptiles terrestres eacuteliminent lazote sous forme dacide urique Ils sont dits
uricoteacuteliques Lacide urique est des milliers de fois moins soluble dans leau que ne le sont
lammoniac et lureacutee Aussi lacide urique est-il eacutelimineacute sous forme de pacircte (par exemple la fiente
doiseau) apregraves reacuteabsorption totale de leau de lurine
IV - Preacutesentation geacuteneacuterale de lammoniogeacutenegravese et du transport de lammoniac
La formation de lammoniac agrave partir des acides amineacutes seffectue selon deux voies
Les acides amineacutes deacutegradeacutes en aceacutetyl CoA ou en dautres deacuteriveacutes du coenzyme A sont dits ceacutetogegravenes
puisquils contribuent agrave former des corps ceacutetoniques Ceux qui vont aboutir au pyruvate ou agrave un
intermeacutediaire du cycle de Krebs sont dits glucogegravenes
II - Oxydation des acides amineacutes
bull Avant drsquoecirctre cataboliseacutes les acides amineacutes doivent drsquoabord subir une deacutesamination afin
de perdre leur groupement amine (NH2)
bull La deacutesamination se fait en 2 eacutetapes et produit des acides ceacutetoniques de lrsquoammoniac du
CO2 et de lrsquoeau
bull Le foie contient des enzymes qui peuvent lier 2 moleacutecules drsquoammoniac agrave une moleacutecule de
CO2 pour former lrsquoureacutee
bull Lrsquoureacutee et lrsquoeau sont excreacuteteacutees par les reins
bull Les acides ceacutetoniques sont transformeacutes en diverses substances qui peuvent entrer dans le cycle de Krebs
ou servir agrave la synthegravese du glucose ou des triglyceacuterides
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
54
de maniegravere preacutedominante par deacutesamination directe qui libegravere un acide α-ceacutetonique et de
lammoniac Dans le cas de lAsn et de la Gln il existe une reacuteaction suppleacutementaire de
deacutesamidation
lautre voie est une transamination
IV ndash 1 - Reacuteaction de deacutesamination directe
Entre 1932 et 1935 Hans KREBS et Kurt HENSELEIT observegraverent quen incubant des acides
amineacutes en preacutesence dun homogeacutenat de foie et doxygegravene ils obtenaient de lammoniac avec
consommation de loxygegravene et disparition des acides amineacutes Cette reacuteaction est une deacutesamination
oxydative puisquil y a perte dun groupement amineacute accompagneacute dun processus oxydatif Ces
reacuteactions sont catalyseacutees par des amino-acides oxydases
AA + H2O + O2 rarr α-ceacutetoacide + NH3 + H2O2
Le peroxide (toxique pour la cellule) doit ecirctre eacutelimineacute par une catalase qui reacutegeacutenegravere lO2
2 H2O2 rarr 2 H2O + O2
Cet enzyme est non speacutecifique dans le foie animal mais peut ecirctre tregraves active chez les bacteacuteries
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
55
La L- Glutamate deacuteshydrogeacutenase est le seul enzyme agissant sur un acide amineacute de seacuterie L qui
soit tregraves active (coenzyme NAD+ ou NADP
+ ) abondante dans le foie et dans le cerveau elle
catalyse la reacuteaction
Acide glutamique + NAD+ + H2O harrAcide α-Ceacuteto-Glutarique + NADH + H
+ + NH3
Il existe 2 cas particuliers il sagit des 2 acides amineacutes agrave fonction alcool (Ser et Thr) pour
lesquels la perte du groupement amineacute se fait par deacutesamination non oxydative catalyseacutee par la
seacuterine deacuteshydratasse et la threacuteonine deacuteshydratasse
IV ndash 2 - Reacuteaction de deacutesamidation
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
56
Lasparagine et la glutamine contiennent une fonction amide porteacutee par leur chaicircne lateacuterale Il
existe 2 enzymes tregraves reacutepandues lasparaginase et la glutaminase qui catalysent la reacuteaction de
deacutesamidation respectivement de lasparagine et de la glutamine
Lammoniac est une moleacutecule extrecircmement toxique pour la cellule En conseacutequence quel que
soit le meacutecanisme par lequel lammoniac est libeacutereacute (deacutesamination directe non oxydative etou
deacutesamidation) celui-ci se condense avec le glutamate pour former la glutamine (reacuteaction
catalyseacutee par la glutamine syntheacutetase avec consommation drsquoeacutenergie sous forme drsquoune liaison
phosphate riche en eacutenergie de lrsquoATP)
Puis la glutamine lrsquoacide amineacute le plus concentreacute dans le sang (450 agrave 600 microM) sert de
transporteur de lammoniac jusquau foie ou jusquaux reins Dans chacun de ces organes la
glutaminase libegravere lammoniac de la glutamine par deacutesamidation
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
57
Au niveau des reins lammoniac est eacutelimineacute dans lurine sous forme dions ammonium Cette
eacutelimination est dautant plus importante quelle permet non seulement deacuteliminer lammoniac
mais aussi une grande quantiteacute dions H+ formeacutes au cours de diverses reacuteactions meacutetaboliques
Dans le foie lammoniac va ecirctre transformeacute en ureacutee cest ce que lon appelle lureacuteogenegravese ou
cycle de lureacutee Lureacutee est ensuite veacutehiculeacutee par la circulation jusquaux reins dougrave elle est
eacutelimineacutee par lurine
IV ndash 3 - Reacuteaction de transamination Transfert du groupement amine
Cest le processus qui conduit agrave un eacutechange de la fonction amine entre un acide amineacute
(principalement le glutamate) et un α-ceacutetoacide ou 2-oxo-acide Les enzymes qui catalysent de
telles reacuteactions sont appeleacutees des aminotransfeacuterases ou transaminases
Les aminotransfeacuterases majeures se trouvent dans tous les tissus et la reacuteaction catalyseacutee est
reacuteversible Le transfert de la fonction amine du glutamate sur un α -ceacutetoacide srsquoeacutecrit
Glutamate + α-ceacutetoacide rarr α -ceacutetoglutarate + acide amineacute
Le cofacteur impliqueacute est le pyridoxal phosphate qui deacuterive de la vitamine B6 Il constitue le
groupement prostheacutetique de toutes les aminotransfeacuterases
La transamination ou lrsquoaminotransfert Le groupement amineacute est transfeacutereacute de lrsquoacide amineacute 1 sur
un α-ceacutetoacide pour former lrsquoacide amineacute correspondant (acide amineacute 2)
EXEMPLES
Lrsquoaspartate aminotransfeacuterase (ASAT) ou glutamate oxaloaceacutetate transaminase (GOT)
Preacutesente dans les cellules heacutepatiques et dans les cellules du myocarde
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
63
64
58
Lrsquoalanine aminotransfeacuterase (ALAT) ou glutamate pyruvate transaminase (GPT)
Preacutesente presque exclusivement dans le cytoplasme des cellules parenchymateuses du foie
V - Cycle de lureacutee
Le cycle de lrsquoureacutee est la voie meacutetabolique qui permet drsquoeacuteliminer de lrsquoorganisme les excegraves drsquoazote
drsquoorigine endogegravene ou exogegravene par deacutetoxication de lrsquoammoniaque en ureacutee Le cycle de lrsquoureacutee
permet cette transformation de moleacutecules drsquoammoniaque en moleacutecules drsquoureacutee et est constitueacute de
5 enzymes dont deux sont mitochondriales (carbamylphosphate syntheacutetase CPS ornithine
transcarbamylase OTC) et trois sont cytosoliques (argininosuccinate syntheacutetase ASS
arigininosuccinate lyase ASL arginase)
PHASE MITOCHONDRIALE
V - 1 ndash Synthegravese de la carbam (o) ylphosphate
Dans les mitochondries la carbam (o) ylphosphate syntheacutetase utilise le CO2 le NH3 et 2 ATP
comme substrats pour former le carbam (o) ylphosphate Deux liaisons phosphates riches en
eacutenergie sont consommeacutees
O
CO2 +NH3 + 2 ATP rarr H2N-C-O~P + 2 ADP + Pi
V - 2 ndash Synthegravese de la citrulline
Une fois le carbam (o) ylphosphate formeacute il est rejoint par lrsquoornithine transporteacutee du cytosol
Sous laction de lornithine carbam (o) yltransfeacuterase (transcarbamylase) le radical carbamoyle est
transfeacutereacute sur lornithine pour former la citrulline
L-Ornithine + carbamoylphosphate rarr L-Citrulline + Pi
59
PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
61
V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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PHASE CYTOSOLIQUE
V - 3 - Synthegravese de largininosuccinate
La citrulline obtenue est transporteacutee dans le cytosol Sous lrsquoaction de largininosuccinate
syntheacutetase la citrulline se condense avec laspartate pour donner largininosuccinate avec
consommation de deux liaisons phosphates riches en eacutenergie dune moleacutecule drsquoATP
L-Citrulline + L-Aspartate + ATP rarr Argininosuccinate + AMP + PPi
V - 4 ndash Formation de lrsquoarginine
Elle est catalyseacutee par une argininosuccinate lyase qui assure le clivage en L-arginine et en
fumarate Cette reacuteaction intervient aussi dans la synthegravese de larginine
Argininosuccimate rarr L-arginine + fumarate
60
Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
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Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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Le fumarate est transporteacute dans les mitochondries et repris par le cycle de Krebs qui lrsquooxyde en
oxaloaceacutetate Ce dernier sera transamineacute en aspartate par laspartate aminotransfeacuterase Ainsi est
creacuteeacute un lien entre les deux cycles de Krebs et de lrsquoUreacutee
V - 5 ndash Hydrolyse de lrsquoarginine et synthegravese de lureacutee
Lrsquohydrolyse de lrsquoarginine termine le cycle Il se forme de lrsquoureacutee et de lrsquoornithine La reacuteaction est
catalyseacutee par lrsquoarginase
Arginine + H2O rarr ureacutee + ornithine
Alors que lrsquoureacutee est excreacuteteacutee pour ecirctre eacutelimineacutee par lrsquourine lrsquoornithine est transporteacutee dans les
mitochondries pour reacuteinitier le cycle
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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V - 6 ndash BILAN DU CYCLE
Le bilan 1 du cycle srsquoeacutecrit
NH3 + CO2 + Aspartate + 3 ATP rarr Ureacutee + Fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Si une mole de NH3 est apporteacutee par deacutesamination ou deacutesamidation lrsquoautre arrive sous forme de
groupement NH2 de lrsquoacide aspartique Une seacutequence de 4 reacuteactions peut dans la mitochondrie
reacutegeacuteneacuterer lrsquoacide aspartique agrave partir de lrsquoacide fumarique
62
Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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Fumarase
Acide fumarique + H2O rarr Acide malique
Malate deacuteshydrogeacutenase
Acide malique + NAD+ rarr Ac Oxaloaceacutetique + NADH + H
+
GOT
Ac Oxaloaceacutetique + Ac Glutamique rarr Ac Aspartique + Ac α-ceacutetoglutarique
Glutamate deacuteshydrogeacutenase
Ac α-ceacutetoglutarique + NH3 + NADH + H+ rarr Ac Glutamique + NAD
+ + H2O
Bilan 2 Acide fumarique + NH3 rarr Ac Aspartique
Bilan final
NH3 + CO2 + 3 ATP rarr Ureacutee + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi
Au cours de la formation dune moleacutecule de lureacutee 4 liaisons riches en eacutenergie ont eacuteteacute utiliseacutees (2
ATP en 2 ADP+ 2 Pi ATP en AMP + PPi) Lorsque le fumarate est transformeacute en oxaloaceacutetate
(cycle de Krebs) pour reacutegeacuteneacuterer lrsquoaspartate apregraves transamination il en reacutesulte la formation dune
moleacutecule de NADH H+ qui correspond agrave 3 ATP En conclusion lrsquoeacutelimination drsquoun ion
ammonium libre et de lrsquoamine de lrsquoaspartate sous forme dune moleacutecule dureacutee ne consomme
quune liaison phosphate riche en eacutenergie
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