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Université dOttawa - Bio 2525 - Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman 2014-06-05 08:41 Métabolisme Mots clés acétyl CoA,

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1 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Métabolisme Mots clés acétyl CoA, acide citrique, ADP, aérobie, anabolisme, anaérobie, ATP, ATP-synthase, catabolisme, chaîne de transport des électrons, coenzyme, cycle de Krebs, cytochrome, cytosol, dette doxygène, endergonique, exergonique, FAD, fermentation lactique, glucose, glycérol, masse isocalorique, mitochondrie, lactate, lacticodéshydrogénase, NAD, phosphorylation, pyruvate, respiration cellulaire, triglycéride

2 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Objectifs Comprendre que extraction dénergie à partir de la nourriture implique une série de réactions couplées Pouvoir décrire le rôle de lATP, du NAD +, et du FAD dans les réactions couplées Connaître les composés initiaux et finaux des grandes étapes de la respiration cellulaire Connaître la quantité dénergie produite par chaque étape Comprendre le mécanisme de la phosphorylation oxydative et le fonctionnement de la chaîne de transport des électrons Comprendre comment la disponibilité doxygène affecte le rendement énergétique Comprendre comment les molécules autre que le glucose peuvent être utilisées comme source dénergie Comprendre pourquoi il est avantageux de stocker lénergie sous forme de lipide plutôt que sous forme de sucres simples ou complexes ou dATP Comprendre comment la respiration cellulaire peut être régulée

3 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 ATP et ADP Laddition dun troisième groupement phosphate requiert de lénergie. Cette énergie est libérée lorsque ce phosphate est enlevé. Conversions ADP - ATP sont le mécanisme principal de transfert dénergie. CH 2 O OH N N N N NH 2 OPOPO-O- O O - O O - ADP CH 2 O OH N N N N NH 2 OPOPOP O - O O - O O - O O - ATP

4 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Électrons transportés par 6 NADH et 2FADH2 Glycolyse 2 Pyruvate Glucose Cycle de Krebs ATP Chaîne de transport des électrons Électrons transportés par 2 NADH Cytosol 2 Acétyl CoA Électrons transportés par 2 NADH ATP (-2)

5 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Grandes étapes Glycolyse –1 glucose=2 acide pyruvique +2ATP +2NADH –Sous-étapes exergonique et dautres endergoniques –Dans le cytosol –Les deux molécules de pyruvate contiennent encore la plupart de lénergie Pyruvate entre dans mitochondries –Acide pyruvique tranformé en Acétyl CoA (réaction de transition à la membrane externe de la mitochondrie) (produit NADH x2) Cycle de Krebs (acide citrique) dans la matrice –Donne (CO 2 +3 NADH+FADH2+ATP) x2 Phosporylation oxidative

6 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Glycolyse Première étape du métabolisme des hydrates de carbone Sucres simples sont dégradés en pyruvate Processus anaérobique: oxygène nest pas requis Requiert glucose, 2 ADP, 2 ATP, 2 NAD+, 2 P i, et 10 enzymes NAD+ =forme oxydée de nicotinamide adénine dinucléotide (une coenzyme)

7 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Glycolyse: bilan Énergie nette 2 ATP Les deux molécules de pyruvate servent de substrat pour létape suivante glucose + 2 ATP + 2 ADP + 2 P i + 2 NAD + 2 pyruvate + 2 NADH + 2 H 2 O + 4 ATP 10 enzymes

8 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Réaction de transition En conditions aérobies, le pyruvate est transformé en acétyl CoA en pénétrant dans la mitochondrie O || CH 3 -C-COO - + CoA-SH O | CH 3 -C-S-CoA + CO 2 NAD + NADH pyruvate déhydrogénase

9 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Cycle de lacide citrique (Krebs) Série de réactions qui démantèlent lacétyl CoA Les électrons et les atomes dhydrogène sont envoyés à la chaîne respiratoire et éventuellement combinés pour produire H 2 O

10 Le cycle de lacide citrique Un cycle en 9 étapes qui utilise lacetate de acetyl-CoA et le transforme en CO 2 Un cycle en 9 étapes qui utilise lacetate de acetyl-CoA et le transforme en CO 2 citrate cis-aconitate isocitrate -ketoglutarate succincyl CoA succinate fumarate malate oxaloacétate acetyl CoA 15

11 Transfert dénergie dans le cycle de Krebs citrate cis-aconitate isocitrate -ketoglutarate succincyl CoA succinate fumarate malate oxaloacétate acétyl CoA H2OH2O H2OH2O CO 2 + CO 2 + Coenzyme A + Coenzyme A AdP FADH 2 NADH H2OH2O ATP

12 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Membrane externe Membrane interne Cristae Matrice Espace intermembranaire Phosphorylation oxidative Invention « récente » Membrane interne de la mitochondrie Produit 34 ATP par molécule de glucose

13 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Chaîne de transport des électrons NADH transfère ses électrons à plusieurs intermédiaires et finalement à loxygène Cyanure, monoxyde de carbone et roténones bloquent ce transfert Énergie libre par rapport à O2 (kcal par mole) Cyanure

14 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Chaîne de transport des électrons

15 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Synthèse ATP Intermédiaires pompent des ions H+ vers lespace intermembranaire, créant un gradient Retour par des pores permet à ATP synthase de récolter cette énergie potentielle et de former de lATP (chimiosmose) Boyer et Walker, Prix Nobel de chimie walker.html

16 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Rendement en ATP Nettement meilleur en présence doxygène 1 mole de glucose=686 Kcal dénergie 1 mole dATP=7.3 Kcal dénergie Fermentation 2 ATP 14.6 Kcal Efficacité 2% Respiration aérobique 38 ATP Kcal Efficacité 40 % 18 X plus dénergie !

17 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Et si il ny a pas doxygène? Mort pour la plupart des animaux Mais pour certains la respiration anaérobique permet dobtenir de lénergie Fermentation lactique: conversion de lacide pyruvique en acide lactique (consomme 2 NADH: résultat net=2ATP) 2 Acide pyruvique Glucose 2 Acide lactique 2 ADP + 2 P i Glycolyse 2 ATP 2 NAD + 2 NADH +2 H +

18 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Stockage dénergie ATP –10 9 molécules dATP dans cellule typique –Remplacé en 1-2 minutes Glycogène –Polysaccharide complexe dans le cytoplasme –Réserve pour 1j chez les humains Graisses –Masse isocalorique est 15% de celle du glycogène –Réserve de 30j chez les humains

19 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Glycogène Glycogène, un polymère de glucose qui sert de réserve dénergie rapidement mobilisable (amidon animal) Équivalent à une journée de réserve dénergie environ chez un adulte O O O O O O O O O c

20 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Lipides comme source dénergie Lorsque la cellule contient beaucoup dATP –Inhibition de la production dATP –Acétyl-CoA sert à la biosynthèse dacides gras –Acides gras entreposés sous forme de triglycérides, surtout sous forme de gouttelettes dans cellules adipeuses Lorsque le besoin sen fait sentir, les triglycérides sont hydrolysés dans le cytosol pour libérer des acides gras et le glycérol

21 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Tissus graisseux Graisse brune –couleur dûe au grand nombre de mitochondries –spécialisée pour la production de chaleur –contient un inhibiteur de la phosphorylation oxydative –dissipe gradient protonique et convertit énergie chimique en chaleur Graisse blanche –spécialisée pour lentreposage des lipides –contient peu de mitochondries

22 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Autres sources dénergie Polysaccharides Lipides Protéines Sucres simples Acides gras Acides aminés Pyruvate Acétyl CoA Phosphorylation oxydative ATP Cycle de lacide citrique Glycolyse

23 Métabolisme Acétyl-CoA Pyruvate ATP ADP + P i Polysaccharides Hexoses Pentoses ADP + P i ATP ADP + P i ATP ADP + P i ATP ADP + P i ATP Lipides Acides gras ATP ADP + P i Protéines Acides aminés Cycle de lacide citrique Cycle de Lurée ATP ADP + P i Urée CO 2 Chaîne de transport des électrons Phosphorylation oxydative O2O2 ATP e-e-

24 Catabolisme des acides aminés Pyruvate Acétyl CoA Alanine, cystéine, glycine, sérine, threonine, trypotophane Leucine, tryptophane, isoleucine -Ketoglutarate Arginine, glutamate, gluamine, histidine, proline Succinate Isoleucine, methionine, valine Fumarate Phénylalinine, tyrosine Oxaloacetate Asparagine, aspartate Cycle de lacide citrique

25 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Mécanismes de rétroaction Inhibition –Concentration élevée de produit arrête la réaction Régulation de la phosphofructokinase –ADP et AMP activent lenzyme –Citrate inhibe lenzyme

26 Université dOttawa - Bio Les animaux: Structures et fonctions © Antoine Morin et Jon Houseman :41 Sites web INTRODUCTION AU MÉTABOLISMEhttp://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/Biologie/Module1/metabolisme1.htm KEGG Metabolic Pathwayshttp://www.genome.ad.jp/kegg/metabolism.html –Le projet KEGG, qui est lacronyme de Kyoto Encyclopaedia of Genes and Genomes, a pour but linformatisation de la connaissance actuelle des voies métaboliques et régulatrices. Ces voies sont considérées comme des diagrammes représentant les liaisons entre les gènes, entre les protéines et entre les protéines et les gènes (Kanehisa 1997). KEGG incorpore la carte métabolique de Boehringer et une représentation graphique de plus de 100 voies métaboliques, dessinées manuellement. Tous les gènes denzymes sont identifiés par un numéro de code standardisé (EC number).

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