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Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

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1 Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire

2 Plan Métabolisme Quelques rappels Libération de lénergie des aliments - métabolisme des glucides - métabolisme des lipides - métabolisme des protéines Rôles du foie dans le métabolisme Régulation et intégration des processus physiologiques Exemples de boucles de régulation Régulation de la glycémie état post-prandial et état de jeûne diabète sucré Régulation de lapport alimentaire Mécanismes de thermorégulation Introduction à la communication cellulaire ·

3 Concepts généraux du métabolisme L ATP est la source universelle d énergie L ATP est généré par l oxydation de combustibles métaboliques Le NADPH est le co-facteur majeur des réactions biosynthétiques de réduction Le NAD + est le co-facteur majeur des réactions doxydation Les voies de biosynthèse (anabolisme) et de dégradation (catabolisme) sont presque toujours distinctes Les molécules biologiques sont construites à partir d un nombre limité d unités de répétition

4 Métabolisme = ensemble des réactions chimiques qui seffectuent à lintérieur des cellules. comprend lanabolisme et le catabolisme Glucose Energie CO 2 + H 2 O ADP + P Energie ATP Protéines X Acides Aminés exemple dune réaction catabolique exemple dune réaction anabolique

5 I – Quelques Rappels A. Lénergie Cellulaire « Rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme » « Rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme » Lénergie que nous utilisons est stockée dans les aliments (GPL) Lénergie que nous utilisons est stockée dans les aliments (GPL) Ces composants de base peuvent être dégradés dans nos cellules et libèrent ainsi l'énergie stockée Ces composants de base peuvent être dégradés dans nos cellules et libèrent ainsi l'énergie stockée

6 On mesure lénergie en kilojoules (kJ) ou en kilocalories (kcal). On mesure lénergie en kilojoules (kJ) ou en kilocalories (kcal). 1 kCal = 4,185 kJ Lénergie des aliments est libérée sous forme chimique à l'intérieur de nos cellules et est stockée sous la forme d'un composé à haute énergie, appelé ATP. Lénergie des aliments est libérée sous forme chimique à l'intérieur de nos cellules et est stockée sous la forme d'un composé à haute énergie, appelé ATP.

7 B. LATP : molécule énergétique LATP intervient dans tous les processus énergétique de la cellule. LATP intervient dans tous les processus énergétique de la cellule.

8 Hydrolyse de lATP ATP + H 2 O ADP + P – 30,5 kJ/mol ATP + H 2 O ADP + P – 30,5 kJ/mol

9 L'énergie libérée au cours de la scission de l'ATP est transférée directement à d'autres molécules qui en font la demande. L'énergie libérée au cours de la scission de l'ATP est transférée directement à d'autres molécules qui en font la demande. La dégradation de la molécule d'ATP a lieu en présence ou en l'absence d'oxygène. C'est une réaction immédiate. La dégradation de la molécule d'ATP a lieu en présence ou en l'absence d'oxygène. C'est une réaction immédiate. LATP intervient partout : LATP intervient partout :

10 ATP = monnaie déchange énergétique pour toutes les formes de travail biologique A.T.P. Digestion Contraction musculaire Transmission nerveuse Circulation Production de tissu Sécrétions glandulaires

11 C.Moyens de synthétiser de lATP Très faible quantité dATP en réserve dans lorganisme (85g max : énergie suffisante pour un exercice de quelques secondes). Très faible quantité dATP en réserve dans lorganisme (85g max : énergie suffisante pour un exercice de quelques secondes). Du fait que lATP ne peut être fourni par voie sanguine ni par les tissus, il doit être continuellement resynthétisé dans la cellule. Du fait que lATP ne peut être fourni par voie sanguine ni par les tissus, il doit être continuellement resynthétisé dans la cellule.

12 1. La Phosphocréatine= un réservoir dénergie disponible Une partie de l'énergie nécessaire à la reconstruction de l'ATP est fournie directement et rapidement par le transfert anaérobie d'énergie chimique dun autre composé : la créatine phosphate (PCr). Une partie de l'énergie nécessaire à la reconstruction de l'ATP est fournie directement et rapidement par le transfert anaérobie d'énergie chimique dun autre composé : la créatine phosphate (PCr).

13 La concentration en PCr est environ 3 à 5 fois celle de lATP. La concentration en PCr est environ 3 à 5 fois celle de lATP. La PCr est considérée comme un réservoir supplémentaire dénergie. Si lorganisme manque dATP, la PCr est là pour apporter lénergie immédiate à sa synthèse. La PCr est considérée comme un réservoir supplémentaire dénergie. Si lorganisme manque dATP, la PCr est là pour apporter lénergie immédiate à sa synthèse.

14 Resynthèse de lATP grâce à la PCr

15 2. La glycolyse : dégradation partielle du glucose (= voie dEmbden-Meyerhof) = Série de réactions chimiques permettant la resynthèse dATP anaérobie = Série de réactions chimiques permettant la resynthèse dATP anaérobie Lieu : dans le cytoplasme de la cellule, en dehors des mitochondries Lieu : dans le cytoplasme de la cellule, en dehors des mitochondries

16 Glycolyse Phase préparatoire Cette succession de réactions nécessite l'utilisation de deux molécules d'ATP pour activer la molécule de glucose en vue de son clivage.

17 La glycolyse : étapes 1 à 5

18 Glycolyse Phase de remboursement Quatre molécules d'ATP et deux molécules de NADH sont synthétisées lors de la transformation de deux molécules de glycéraldéhyde 3-phosphate en deux molécules de pyruvate.

19 La glycolyse : étapes 6 à 10

20 En résumé : La glycolyse consomme 2 ATP La glycolyse consomme 2 ATP Elle permet la resynthèse de 4 ATP Elle permet la resynthèse de 4 ATP bilan net : gain de 2 ATP bilan net : gain de 2 ATP Glucose + 2 ADP + 2 P i + 2 NAD + 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H 2 O + 2 NADH

21 Formation dacide lactique Normalement, la cellule reçoit assez dO 2 pour accepter les électrons et les H + Normalement, la cellule reçoit assez dO 2 pour accepter les électrons et les H + très peu de formation dacide lactique très peu de formation dacide lactique A leffort intense, quand les besoins énergétiques surpassent lapport, quil ny a pas assez dO 2 ou denzymes oxydatives, lacide pyruvique est transformé en acide lactique. A leffort intense, quand les besoins énergétiques surpassent lapport, quil ny a pas assez dO 2 ou denzymes oxydatives, lacide pyruvique est transformé en acide lactique. Cet acide lactique formé dans le muscle diffuse alors dans le sang. Cet acide lactique formé dans le muscle diffuse alors dans le sang.

22 Lacide lactique nest pas un déchet métabolique. Lacide lactique nest pas un déchet métabolique. Cest aussi une source dénergie car il peut être utilisé pour former reformer du glucose (cycle de Cori : la néoglucogénèse) Cest aussi une source dénergie car il peut être utilisé pour former reformer du glucose (cycle de Cori : la néoglucogénèse)

23 Le cycle de Cori

24 3. Les oxydations phosphorylantes (= la respiration cellulaire) Des atomes dhydrogène sont continuellement arrachés des substrats lors du métabolisme énergétique. Des atomes dhydrogène sont continuellement arrachés des substrats lors du métabolisme énergétique. Dans les mitochondries, des molécules transporteuses retirent les électrons de lhydrogène, et les donnent à loxygène. Dans les mitochondries, des molécules transporteuses retirent les électrons de lhydrogène, et les donnent à loxygène. Lénergie libérée par ces transferts délectrons est alors mise en réserve dans lATP Lénergie libérée par ces transferts délectrons est alors mise en réserve dans lATP

25 Principe des Oxydations Phosphorylantes Substrat dégradé H2H2 2 H e - 2 H 2 O ATP Transporteurs délectrons

26 Loxydation cellulaire nest possible quà trois conditions Loxydation cellulaire nest possible quà trois conditions il faut des transporteurs délectrons il faut des transporteurs délectrons suffisamment dO 2, (dernier accepteur de - et dH + ) suffisamment dO 2, (dernier accepteur de - et dH + ) assez denzymes pour catalyser les réactions de transfert dénergie assez denzymes pour catalyser les réactions de transfert dénergie La fonction de loxygène est dagir comme dernier accepteur délectrons sur la chaîne respiratoire et de se combiner à lhydrogène pour former de leau. La fonction de loxygène est dagir comme dernier accepteur délectrons sur la chaîne respiratoire et de se combiner à lhydrogène pour former de leau. Tout ce processus est appelé le métabolisme aérobie. Tout ce processus est appelé le métabolisme aérobie.

27 II - Libération de lénergie des aliments Les voies de dégradations sont différentes en fonction des nutriments. Les voies de dégradations sont différentes en fonction des nutriments.

28 A. Libération de lénergie des glucides La fonction principale des glucides est de fournir de l'énergie propre au travail cellulaire La fonction principale des glucides est de fournir de l'énergie propre au travail cellulaire Les glucides sont les seuls nutriments dont lénergie peut être utilisée pour reformer de lATP en anaérobiose Les glucides sont les seuls nutriments dont lénergie peut être utilisée pour reformer de lATP en anaérobiose Au cours dactivités physiques légères et modérées, les glucides comblent environ la moitié des besoins énergétiques de lorganisme. Au cours dactivités physiques légères et modérées, les glucides comblent environ la moitié des besoins énergétiques de lorganisme.

29 1 glucose + 6 O 2 6 CO H 2 O + Énergie Production d'énergie par Respiration Matière organique + O 2 Matière inorganique + H 2 O + Énergie Tous les glucides peuvent se transformer en glucose. Glucose = "carburant" dans la respiration cellulaire

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31 La dégradation complète dune mole de glucose (180g) : La dégradation complète dune mole de glucose (180g) : C 6 H O 2 6CO 2 + 6H 2 O kJ Cette énergie est transférée à lADP ( ATP). Cette énergie est transférée à lADP ( ATP). 1 mole dATP nécessite 30,5 kJ Donc 2880 kJ 94 ATP en théorie Donc 2880 kJ 94 ATP en théorie 36 ATP en réalité 36 ATP en réalité Seulement 38% de lénergie sont transférés à lADP (le reste est perdu en chaleur). Seulement 38% de lénergie sont transférés à lADP (le reste est perdu en chaleur).

32 Métabolisme des glucides Principales réactions chimiques impliquant le glucose a. oxydation du glucose b. voie des pentoses c. glycogénolyse et glycogénèse d. néoglucogénèse transformation dans le foie en Glucides alimentaires (polysaccharides disaccharides) Monosaccharides (glucose, fructose, galactose) dans le sang Glucose digestion et absorption

33 a. Oxydation du Glucose = Réaction catabolique qui permet de produire de lATP à partir de lénergie libérée lors de la dégradation du glucose. Deux types de réactions cataboliques permettent de dégrader le glucose: 1) respiration cellulaire 2) fermentation lactique

34 2 étapes dans la dégradation du glucose : 2 étapes dans la dégradation du glucose : la glycolyse, qui divise le glucose en 2 acides pyruviques (sans O 2 ) 2 ATP la glycolyse, qui divise le glucose en 2 acides pyruviques (sans O 2 ) 2 ATP loxydation cellulaire, qui termine la dégradation de lacide pyruvique (chaîne délectrons, donc aérobie). loxydation cellulaire, qui termine la dégradation de lacide pyruvique (chaîne délectrons, donc aérobie).

35 Fermentation lactique

36 Respiration cellulaire

37 Comparaison entre fermentation lactique et respiration cellulaire Type de réaction catabolique FréquencePrésence dO 2 Déchets produitsEfficacité Respirationcellulaire la plus fréquenteoui CO 2 (facile à excréter) beaucoup dATP Fermentation lactique peu fréquente (seulement dans les muscles striés)non acide lactique (produit plus difficile à recycler ou éliminer) peu dATP

38 Le cycle de Krebs A lissue de la glycolyse, lacide pyruvique a 2 destinées possibles : A lissue de la glycolyse, lacide pyruvique a 2 destinées possibles : Acide lactique (sil ne peut être oxydé) Acide lactique (sil ne peut être oxydé) Cycle de Krebs Cycle de Krebs

39 Le cycle de Krebs dans la mitochondrie dans la mitochondriemitochondrie comporte huit réactions enzymatiques décomposables en réactions simples. comporte huit réactions enzymatiques décomposables en réactions simples.huit réactions enzymatiquesréactions simpleshuit réactions enzymatiquesréactions simples = étape finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates, des acides gras et des acides aminés = étape finale du catabolisme oxydatif des carbohydrates, des acides gras et des acides aminés assure la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule grâce à la formation de coenzymes réduits qui seront réoxydés dans la chaîne respiratoire. assure la plus grande part des besoins énergétiques de la cellule grâce à la formation de coenzymes réduits qui seront réoxydés dans la chaîne respiratoire. A chaque tour de cycle : acétyl-CoA (2 carbones) + oxaloacétate (4 carbones) citrate (6 carbones) Puis : 2 carbones du citrate sont éliminés sous forme de CO 2, assurant ainsi la régénération de l'oxaloacétate (4 carbones)

40 Le cycle de Krebs (cycle de lacide citrique) Trois étapes : - étape 1 : préparation aux décarboxylations de la molécule à six carbones étape 1étape 1 - étape 2 : réactions de décarboxylations étape 2étape 2 - étape 3 : régénération de l'oxaloacétate qui acceptera à nouveau un acétyl-CoA. étape 3étape 3

41 Se déroule dans la mitochondrie Se déroule dans la mitochondrie 1. Transition entre glycolyse et CK Lacide pyruvique, après être entré dans la mitochondrie se combine avec la coenzymeA AcétylCoA (formation d1 NADH + H + ) Lacide pyruvique, après être entré dans la mitochondrie se combine avec la coenzymeA AcétylCoA (formation d1 NADH + H + ) 2. AcétylCoA entre dans le CK pour subir une série de réactions chimiques qui aboutissent à : La production d1 ATP La production d1 ATP La formation de 3 NADH + H + La formation de 3 NADH + H + La formation d1 FADH 2 La formation d1 FADH 2

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43 La formation de NADH + H + et FADH 2 Coenzymes réduites (NAD + et FAD) Coenzymes réduites (NAD + et FAD) Formées par lextraction de H + du cycle de Krebs Formées par lextraction de H + du cycle de Krebs Ces coenzymes vont ensuite déverser leur e - dans la chaîne de transport des électrons (oxydations phosphorylantes) Ces coenzymes vont ensuite déverser leur e - dans la chaîne de transport des électrons (oxydations phosphorylantes)

44 Phosphorylation oxydative La chaîne respiratoire : dans la membrane interne mitochondriale dans la membrane interne mitochondrialemembrane interne mitochondrialemembrane interne mitochondriale constituée de quatre complexes protéiques : constituée de quatre complexes protéiques : complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase, complexe II : succinate-coenzyme Q oxydoréductase, complexe III : coenzyme Q- cytochrome c oxydoréductase, complexe IV : cytochrome c oxydase. Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la chaîne respiratoire

45 Chaîne des transporteurs délectrons Le gradient électrochimique de H + fournit l'énergie nécessaire à la synthèse d'ATP (Energie utilisée par la pompe à H + = complexe enzymatique ATP-synthase) Le gradient électrochimique de H + fournit l'énergie nécessaire à la synthèse d'ATP (Energie utilisée par la pompe à H + = complexe enzymatique ATP-synthase) complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase, complexe II : succinate-coenzyme Q oxydoréductase, complexe III : coenzyme Q- cytochrome c oxydoréductase, complexe IV : cytochrome c oxydase.

46 Les 2e - du NADH + H + entrent dans la chaîne respiratoire au niveau du complexe I Les 2e - du FADH 2 entrent dans la chaîne respiratoire au niveau du transporteur ubiquinone Chacun des 3 complexes de la chaîne respiratoire possède une pompe lui permettant de libérer 2 H + lors du passage des e -

47 Chaîne des transporteurs délectrons Energie contenue dans le NADH et le FADH2 est convertie en ATP dans la mitochondrie : Energie contenue dans le NADH et le FADH2 est convertie en ATP dans la mitochondrie : les coenzymes réduits mitochondriaux cèdent leurs deux électrons à un système de transporteurs (= cascade de réactions d'oxydo-réductio) jusqu'à l'accepteur final, l'oxygène moléculaire.

48 Chaîne des transporteurs délectrons La membrane interne est imperméable aux ions H + : La membrane interne est imperméable aux ions H + : au cours de ce transfert électronique formation d'un gradient de H + de part et d'autre de cette membrane synthèse d'ATP par une réaction catalysée par l'ATP synthase mitochondriale. Couplage de la respiration et la phosphorylation de l'ADP via ce gradient de protons. Couplage de la respiration et la phosphorylation de l'ADP via ce gradient de protons.

49 Bilan : 1 NADH + H + 3 ATP 1 NADH + H + 3 ATP 1 FADH 2 2 ATP 1 FADH 2 2 ATP Dans le cycle de Krebs : Dans le cycle de Krebs : 3 NADH + H + 9ATP 3 NADH + H + 9ATP 1 FADH 2 2 ATP 1 FADH 2 2 ATP 1 ATP 1 ATP TOTAL = 12 ATP TOTAL = 12 ATP

50 Dégradation complète du glucose Glycolyse + 2 ATP Glycolyse + 2 ATP 2 NADH + H + de glycolyse + 6 ATP 2 NADH + H + de glycolyse + 6 ATP Transport de ces NADH - 2 ATP Transport de ces NADH - 2 ATP 2 Acides pyruviques (2 x 3ATP) + 6 ATP 2 Acides pyruviques (2 x 3ATP) + 6 ATP 2 cycles de Krebs (12 x 2) + 24 ATP 2 cycles de Krebs (12 x 2) + 24 ATP 36 ATP 36 ATP

51 Métabolisme des glucides b. La voie des pentoses 1. Source essentielle de NADPH, cofacteur majeur des réactions biosynthétiques de réduction 2. Elle fournit le ribose 5-phosphate, précurseur de la synthèse des nucléotides

52 Métabolisme des glucides c. Glycogénèse - Glycogénolyse dans le foie et dans les muscles lorsque excès de glucose GLYCOGÉNÈSE: synthèse de glycogène à partir du glucose. GLYCOGÉNOLYSE: dégradation du glycogène en glucose. dans le foie et dans les muscles : Seul le glucose provenant du glycogène hépatique peut être libéré dans le sang. lorsque manque de glucose

53 Métabolisme des glucides d. Néoglucogénèse seffectue dans le foie lorsque manque de glucose NEOGLUCOGÉNÈSE: Seul le glucose provenant du glycogène hépatique peut être libéré dans le sang. acide pyruvique ou acide lactique glucoseacides aminés glycérol

54 B.Libération de lénergie des lipides la plus grande source dénergie de lorganisme ( MJ vs 8,4 kJ pour les glucides). la plus grande source dénergie de lorganisme ( MJ vs 8,4 kJ pour les glucides). gKcal Glucides Glycogène hépatique Glycogène musculaire Glucose sanguin1262 Total Lipides Sous-cutanés Intramusculaires Total

55 Les sources dacides gras alimentaires et de réserve

56 Les triglycérides sont scindés en 1 molécule de glycérol et 3 AGL. Les triglycérides sont scindés en 1 molécule de glycérol et 3 AGL. 30 à 80% de lénergie que lon utilise provient des lipides. 30 à 80% de lénergie que lon utilise provient des lipides.

57 Le glycérol rentre dans la voie de lacide pyruvique pour passer dans le cycle de Krebs (1 glycérol 22ATP). Le glycérol rentre dans la voie de lacide pyruvique pour passer dans le cycle de Krebs (1 glycérol 22ATP). Les acides gras sont métabolisés en acétylCoA par la réaction de -oxydation. Ils rentrent aussi dans le cycle de Krebs. Les acides gras sont métabolisés en acétylCoA par la réaction de -oxydation. Ils rentrent aussi dans le cycle de Krebs.

58 Catabolisme des triglycérides Oxydation des acides gras et du glycérol Les acides gras sont dexcellents combustibles pour toutes les cellules (un gramme de triglycérides produit deux fois plus dATP quun gramme de glucides). Le glycérol peut aussi servir à produire un peu dATP Cycle de Krebs (2 ème étape de la respiration cellulaire)

59 La dégradations des lipides est intimement liée à la consommation dO 2 ( -oxydation impossible sans O 2 ). La dégradations des lipides est intimement liée à la consommation dO 2 ( -oxydation impossible sans O 2 ). Au cours de la -oxydation, 147 ATP sont formés, donc, pour 1 triglycéride, on synthétise 463 ATP Au cours de la -oxydation, 147 ATP sont formés, donc, pour 1 triglycéride, on synthétise 463 ATP

60 -oxydation des acides gras (Hélice de Lynen) -oxydation des acides gras (Hélice de Lynen)

61 Catabolisme des triglycérides Cétogénèse Dans certaines conditions, le foie effectue une dégradation incomplète des acides gras. Acides gras Les corps cétoniques: - peuvent être libérés dans le sang pour servir dénergie à la plupart des cellules. - sont des substances acides qui peuvent provoquer une acidose (lorsque leur concentration augmente dans le sang). CÉTOGÉNÈSE: production des corps cétoniques par le foie. Corps cétoniques Ex : acétone dégradés

62 Métabolisme des lipides Lipogénèse dans le foie et le tissu adipeux LIPOGÉNÈSE: synthèse de triglycérides. à partir des triglycérides alimentaires mais aussi … des excès alimentaires de glucose et dacides aminés. 3 acides gras + glycérol triglycéride acides aminés ou glucose transformés glycérol triglycéride de réserve acides gras transformés synthèse

63 Métabolisme des lipides Lipolyse dans le foie et le tissu adipeux LIPOLYSE: dégradation de triglycérides. Permet de libérer des acides gras et du glycérol (source dénergie pour les cellules) transformés triglycéride 3 acides gras + glycérol glycérol triglycérides acides gras transformés Source dénergie pour les cellules

64 Métabolisme des lipides Synthèse du cholestérol dans le foie synthèse du cholestérol à partir des acides gras cholestérol acides gras transformés 80% du cholestérol présent dans le sang provient du cholestérol synthétisé par le foie (cholestérol endogène)

65 C.Libération de lénergie des protéines Les acides aminés (AA), pour libérer de lénergie, doivent être transformés. Les acides aminés (AA), pour libérer de lénergie, doivent être transformés. La transamination consiste à enlever lazote des AA acide glutaminique La transamination consiste à enlever lazote des AA acide glutaminique acide cétonique acide cétonique

66 Métabolisme des protéines PRINCIPALES RÉACTIONS CHIMIQUES IMPLIQUANT LES PROTÉINES: - oxydation des acides aminés - désamination des acides aminés et synthèse de lurée - synthèse des protéines et protéolyse Protéines alimentaires Acides aminés dans le sang Digestion et Absorption

67 Métabolisme des protéines : désamination et synthèse de lurée Les acides aminés doivent être désaminés (on leur enlève leur groupement amine et ils deviennent alors des acides cétoniques) avant dêtre utilisés comme source dénergie. Acides cétoniquesAcides aminés Désamination NH 3 CO 2 Urée Attention : un acide cétonique nest pas un corps cétonique Synthèse Seffectue dans le foie Lurée est un déchet qui est libéré dans le sang et ensuite excrété par les reins dans lurine.

68 Métabolisme des protéines : oxydation des acides aminés Les acides cétoniques sont surtout utilisés pour produire: - du nouveau glucose (néoglucogénèse à partir des acides aminés) - des triglycérides (lipogénèse à partir des acides aminés en excès) Les acides cétoniques (acides aminés désaminés) peuvent être utilisés directement pour produire de lénergie (rare): Cycle de Krebs (2ème étape de la respiration cellulaire) Seffectue dans le foie

69 Métabolisme des protéines : Synthèse des protéines et protéolyse Synthèse des protéines seffectue dans toutes les cellules pour remplacer les protéines cellulaires (protéines usées ou détruites) (à raison de 100 gr par jour environ) aussi pour assurer la croissance seffectue dans certaines conditions (ex.: période de jeûne, carence en acides aminés essentiels). Protéolyse : dégradation des protéines cellulaires Acides aminésProtéines cellulaires Acides aminés synthèse dégradation

70 Transaminations Réactions catalysées par des aminotransférases. Réactions catalysées par des aminotransférases. Assurent les échanges d'azote entre les acides aminés et les acides α - cétoniques : Assurent les échanges d'azote entre les acides aminés et les acides α - cétoniques : l'acide aminé, donneur du groupement amine, devient un acide α-cétonique l'acide aminé, donneur du groupement amine, devient un acide α-cétonique l'acide α-cétonique accepteur devient un acide α-aminé. l'acide α-cétonique accepteur devient un acide α-aminé. Les cellules contiennent des transaminases différentes, spécifiques de l'acide aminé donneur. La plupart utilise l' α-cétoglutarate comme groupement accepteur d'amine. Il y a, alors, production de L-glutamate.

71 Désamination et entrée dans le cycle de Krebs La réaction de désamination du L-glutamate La réaction de désamination du L-glutamate Le L-glutamate, produit par les réactions de transamination, subit une désamination oxydative, (enzyme= L-glutamate déshydrogénase) qui éliminera finalement le groupement α-aminé sous forme de NH 4 +. Lacide cétonique peut ensuite entrer dans le cycle de Krebs Lacide cétonique peut ensuite entrer dans le cycle de Krebs

72 Etat déquilibre entre le catabolisme et lanabolisme

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75 Etat post-prandial = État nutritionnel qui prévaut durant un repas et immédiatement après un repas (lorsque les nutriments sont absorbés du tube digestif vers le sang).

76 Etat post-prandial Q. Que deviennent les triglycérides alimentaires absorbés dans la lymphe? R. Ils ne passent pas par le foie. Ils sont déversés dans le sang, puis vont se déposer dans le tissu adipeux. Lipogénèse Acide gras + GlycérolTriglycérides

77 Etat post-prandial Les monosaccharides alimentaires passent par le foie en premier lieu. Q. Que deviennent les monosaccharides absorbés dans le sang? monosaccharidesglucose glycogènetriglycérides transformés excès Le glucose qui nest pas capté par le foie est utilisé pour : Glycogénèse Glucoseglycogène Lipogénèse GlucoseTriglycérides Source dEnergie la plupart des cellules transférés vers excès

78 Etat post-prandial Les acides aminés alimentaires passent par le foie en premier lieu. Q. Que deviennent les acides aminés absorbés dans le sang? Acides aminés Protéines plasmatiques Acides cétoniques triglycérides synthèse désamination transférés vers La majeure partie des acides aminés est utilisée pour : Synthèse des protéines Acides aminésprotéine plupart des cellules source dEnergie excès

79 Etat de Jeûne = Période pendant laquelle le tube digestif est vide. (il ny a pas dabsorption de nutriments). 1) La glycémie doit être maintenue stable afin dassurer un apport constant en glucose pour les neurones (ils ne peuvent utiliser que du glucose comme source dénergie). glycogène glycérol glucose triglycérides source du Glucose sanguin = le foie protéinesAcides aminés glycogène Acide pyruvique Acide lactique glucose glycéroltriglycérides

80 Etat de Jeûne 2) Epargne du glucose : la plupart des cellules utilisent des acides gras et des corps cétoniques comme source dénergie. Ceci permet déconomiser le glucose et de sassurer que les neurones en ont assez. glycogène Acides gras glucose triglycérides source dénergie des neurones Acides gras triglyrérides La plupart des cellules Corps cétoniques Sources dénergie Acides gras + glycérol Corps cétoniques Glycérol

81 Rôle du foie dans le métabolisme Fonctions métaboliques générales 1. Emballe les lipides permettant leur transport et stockage (acides gras + triglycérides + cholestérol) 2. Synthétise les protéines plasmatiques 3. Synthétise les acides aminés (non essentiels) et convertit lammoniac en urée 4. Stocke le glucose (glycogène) régulation glycémie

82 Rôle du foie dans le métabolisme Fonctions métaboliques générales 5. Stocke certaines vitamines 6. Préserve le fer (globules rouges usés) 7. Dégrade les hormones 8. Détoxifie les substances telles que alcool et médicaments

83 Rôle du foie dans le métabolisme des glucides 1. Conversion du galactose et du fructose en glucose 2. Mise en réserve du glucose : glycogénèse lorsque glycémie élevée, glycogénolyse et libération de glucose sous linfluence des hormones 3. Néoglucogénèse : conversion des acides aminés et du glycérol en glucose si hypoglycémie 4. Conversion du glucose en lipide pour stockage

84 Rôle du foie dans le métabolisme des lipides 1. Siège principal de la β-oxydation (= dégradation des acides gras en acétyl CoA) 2. Conversion de lacétyl CoA en excès en corps cétoniques et libération pour les tissus 3. Stockage des lipides

85 Rôle du foie dans le métabolisme des lipides 4. Formation des lipoprotéines pour transport des lipides (A. gras, triglycérides, cholestérol) 5. Synthèse du cholestérol à partir de lacétyl CoA; transformation du cholestérol en sels biliaires (excrétés dans la bile)

86 Structure dune lipoprotéine

87 Lipoprotéines du plasma

88 Composition des lipoprotéines du plasma

89 Les apolipoprotéines du plasma

90 Fonctions essentielles des liprotéines

91 VLDL, IDL: fournir des triglycérides, (= des AG) LDL: fournir du cholestérol aux tissus qui ne peuvent en synthétiser suffisamment pour leurs besoins

92 Rôle du foie dans le métabolisme des protéines 1. Désamination des acides aminés (pour conversion en glucose ou synthèse dATP) 2. Formation de lurée avant son excrétion par le rein; sinon (cirrhose, hépatite), accumulation dammoniac dans le sang

93 Rôle du foie dans le métabolisme des protéines 3. Formation des protéines plasmatiques (sauf gammaglobulines); si diminution [protéines plasmatiques] mitose rapide des hépatocytes (volume du foie augmente) + synthèse accrue 4. Transamination : interconversion des acides aminés non essentiels

94 Rôle du foie dans le stockage des vitamines et des minéraux 1. Stockage de la vitamine A (1 ou 2 ans de réserve) 2. Stockage de vitamines D et B 12 (3 à 5 ans de réserve) 3. Stockage du fer sous forme de ferritine (majeure partie du fer avec lhémoglobine); libération du fer dans le sang lorsque la concentration baisse

95 Rôle du foie dans les réactions de biotransformations 1. Métabolisme des médicaments : synthèse de produits inactifs pouvant être sécrétés par les reins ou autre transformation 2. Transformation de la bilirubine (dégradation des globules rouges) et excrétion de ce pigment dans la bile 3. Métabolisme des hormones sanguines en produits pouvant être excrétés dans lurine

96 Plan Métabolisme Quelques rappels Libération de lénergie des aliments - métabolisme des glucides - métabolisme des lipides - métabolisme des protéines Rôles du foie dans le métabolisme Régulation et intégration des processus physiologiques Exemples de boucles de régulation Régulation de la glycémie état post-prandial et état de jeûne diabète sucré Régulation de lapport alimentaire Mécanismes de thermorégulation Introduction à la communication cellulaire ·

97 Foie Stockage (glycogénèse) Endogène glycogène Gestion des stocks énergétiques : Le glucose Sang Glycémie Glycogénolyse Lactate Pyruvate Néoglucogenèse GLYCEMIE (Approvisionnement/stockage): 2 hormones insuline - glucagon Alimentation Energie Protéines (AA) Triglycérides (glycérol) En fonction des besoins énergétiques de lorganisme, le glucose peut être: stocké (repas) mobilisé pour produire de lénergie (exercice) resynthétisé dans certains cas « extrêmes » Intestin Exogène glucose

98 Insuline captation cellulaire la glycémie Glucagon libération hépatique glucose la glycémie Conversion en acides gras (charge glucidique importante) Contrôle du glucose

99 Régulation de la glycémie 1) insuline: produite par les cellules bêta des îlots 2) glucagon: produite par les cellules alpha des îlots La glycémie est maintenue normale [3,9 - 6,1 mmol/L] par les hormones sécrétées par la portion endocrine du pancréas = les îlots de Langerhans

100 Régulation de la glycémie A chaque prise alimentaire : A chaque prise alimentaire : Légère augmentation du taux de glucose dans le sang (5mM à 6,5mM) Légère augmentation du taux de glucose dans le sang (5mM à 6,5mM) Pic dinsuline dans le sang (insulinémie) en même temps Pic dinsuline dans le sang (insulinémie) en même temps

101 Régulation de la glycémie - Des signaux nerveux - Des signaux hormonaux - Des mécanismes dactivation et dinhibition

102 1. Régulation au niveau nerveux 1. Le système parasympathique (=fibres du nerf vague de lhypothalamus latéral + un relais par un ganglion parasympathique) Neurotransmetteur = acétylcholine pic dinsulinémie. pic dinsulinémie. Il y a une double innervation de lîlot de Langerhans : Il y a une double innervation de lîlot de Langerhans : parasympathique + orthosympathique Après un jeûne physiologique : sensation de faim intégrée au niveau central = système nerveux orthosympathique prédominant Après un jeûne physiologique : sensation de faim intégrée au niveau central = système nerveux orthosympathique prédominant Pendant le repas : activité du système parasympathique Pendant le repas : activité du système parasympathique

103 1. Régulation au niveau nerveux VMH nerf splanchnique Acétylcholine (=premier neurotransmetteur) relais : ganglion mésentérique supérieur fibre orthosympathique Noradrénaline (= deuxième neurotransmetteur ) inhibition de la synthèse et de la libération dinsuline inhibition de la synthèse et de la libération dinsuline libération de glucagon libération de glucagon 2. Le système orthosympathique : le noyau VMH de lhypothalamus est impliqué dans le phénomène de satiété.

104 2. Des signaux hormonaux Cibles de linsuline et du glucagon

105 Rôles de linsuline après un repas Insuline = régulation de létat post-prandial

106 Rôles de linsuline Effet global mise en réserve de molécules énergétiques et synthèse de protéines

107 Rôles du glucagon Effet global libération massive de glucose par le foie, libération dacides gras par le tissu adipeux

108 Effet global stimulation de lutilisation par le muscle de son glycogène ainsi que les acides gras fournis par le tissu adipeux

109 3. Régulations au niveau moléculaire A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion dinsuline dans la cellule β GK = Glucokinase ; G-6-P= glucose-6-phosphate; PP= pentoses phosphates; PLC= phospholipase C; PIP 2 = phosphatidyl4,5 biphosphate; IP 3 = inositol 1,4,5 triphosphate; DAC= diacylglycérol; PKC= protéine kinase C.

110 A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion dinsuline dans la cellule β Le glucose pénètre facilement dans la cellule β grâce au transporteur de Glucose : Glut-2 Le glucose pénètre facilement dans la cellule β grâce au transporteur de Glucose : Glut-2 Production dATP Ce glucose est phosphorylé en G-6-P ( pour : Ce glucose est phosphorylé en G-6-P (glucose-6- phosphate) pour : La voie des pentoses phosphates La voie des pentoses phosphates La glycolyse La glycolyse

111 A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion dinsuline dans la cellule β Elévation dATP intracellulaire Elévation dATP intracellulaire inhibition des canaux K-ATP dépendants situés au niveau de la membrane de la cellule inhibition des canaux K-ATP dépendants situés au niveau de la membrane de la cellule dépolarisation dépolarisation

112 A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion dinsuline dans la cellule β Dépolarisation Dépolarisation Ouverture de canaux Ca 2+ Ouverture de canaux Ca 2+ augmentation du Ca 2+ intracellulaire augmentation du Ca 2+ intracellulaire Ca 2+ se fixe sur la calmoduline Ca 2+ se fixe sur la calmoduline complexe qui entraîne la phosphorylation des protéines du cytosquelette et des micro filaments complexe qui entraîne la phosphorylation des protéines du cytosquelette et des micro filaments migration des grains contenant linsuline vers la membrane de la cellule β migration des grains contenant linsuline vers la membrane de la cellule β exocytose vers le sang. exocytose vers le sang.

113 A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion dinsuline dans la cellule β Réception dinformations mettant en jeu les enzymes membranaires (phospholipase C = PLC) clivage de PIP 2 (phospholipide membranaire) : Réception dinformations mettant en jeu les enzymes membranaires (phospholipase C = PLC) clivage de PIP 2 (phospholipide membranaire) : IP3 (second messager) libération de Ca 2+ des organites complexe calmoduline-Ca 2+ exocytose de linsuline IP3 (second messager) libération de Ca 2+ des organites complexe calmoduline-Ca 2+ exocytose de linsuline Diacylglycérol (DAG) phosphorylation au niveau du cytosquelette et des micro tubules augmentation de lexocytose Diacylglycérol (DAG) phosphorylation au niveau du cytosquelette et des micro tubules augmentation de lexocytose

114 B. Mécanismes intracellulaires inhibiteurs de la sécrétion dinsuline dans la cellule β Au niveau de la membrane plasmique, deux types de récepteurs couplés à ladénylate cyclase : Au niveau de la membrane plasmique, deux types de récepteurs couplés à ladénylate cyclase : 1. Les récepteurs α 2 adrénergiques : par une protéine « G » inhibitrice, il y a diminution de ladénylate cyclase diminution dAMPc réduction de lexocytose 2. Les récepteurs β adrénergiques (stimulés par la noradrénaline), sont couplés à une protéine « G » excitatrice.

115 4. Interaction insuline - glucagon Pour favoriser son action, linsuline inhibe dans lîlot, par effet paracrine, les cellules à glucagon. Pour favoriser son action, linsuline inhibe dans lîlot, par effet paracrine, les cellules à glucagon. Quand la glycémie est revenue à la normale, le glucagon ré-augmente et linsuline diminue. Cette remontée de glucagon favorise la reprise de la glycogénolyse hépatique afin de maintenir la glycémie. Quand la glycémie est revenue à la normale, le glucagon ré-augmente et linsuline diminue. Cette remontée de glucagon favorise la reprise de la glycogénolyse hépatique afin de maintenir la glycémie. Linsuline est une hormone favorisant lentrée de glucose dans les tissus. Linsuline est une hormone favorisant lentrée de glucose dans les tissus.

116 Mécanismes favorisant le stockage du glucose dans les tissus adipeux sous forme de triglycérides A/ Pénétration du glucose A/ Pénétration du glucose Récepteurs à insuline sur la membrane complexe hormone-récepteur signal vers les transporteurs glucose (Glut4) en réserve. Les transporteurs Glut4 sont transloqués vers la membrane plasmique et permettent lentrée de glucose.

117 Mécanismes favorisant le stockage du glucose dans les tissus adipeux sous forme de triglycérides B\ La dissociation du complexe hormone-récepteur. B\ La dissociation du complexe hormone-récepteur. Cette dissociation provoque linternalisation des transporteurs Glut4 (= transporteurs glucose insuline-dépendants) Labsence dinsuline provoque la stagnation du glucose dans le milieu périphérique. Labsence dinsuline provoque la stagnation du glucose dans le milieu périphérique. Glut4 est aussi présent sur la membrane des fibres musculaires.

118 Mécanismes favorisant le stockage du glucose dans les tissus adipeux sous forme de triglycérides C\ Pathologie. Certaines pathologies se manifestent par une hyperglycémie à cause dune diminution du Glut4 des tissus adipeux et musculaires qui entraîne laugmentation du glucose périphérique. Cest le diabète de type 2.

119 5. Régulation Moléculaire Glycogénèse- Glycogénolyse

120 6. Régulation Moléculaire Mobilisation des AG dans les adipocytes

121 Résumé 1 Insuline et métabolisme des glucides Si [glucose] sang >1,8 g/L - le tube contourné proximal narrive pas à réabsorber tout le glucose : il reste dans la lumière puis passe dans lurine

122 Résumé 2 Insuline et métabolisme des lipides Les tissus adipeux ont deux fonctions : - mise en réserve par la lipogenèse - pendant le jeûne, ils fournissent de lénergie sous laction dune enzyme (lipase) hormono-sensible

123 Résumé 3 Insuline et métabolisme des protéines Catabolisme des acides aminés dans le foie synthèse durée augmentation durée urinaire déshydratation cellulaire et perte de potassium intracellulaire mort cellulaire.

124 Les deux types de diabète sucré A\ Le diabète de type I (insulino-dépendant ou juvénile) - apparaît généralement dans lenfance - cause: destruction des cellules bêta du pancréas entraînant labsence de production dinsuline. - traitement: injection dinsuline tous les jours. - fréquence: le plus rare des deux (10% des cas de diabète) - conséquences:. entraîne souvent de lacidocétose ® coma et mort. nombreuses complications vasculaires et nerveuses (cécité, athérosclérose, ACV, infarctus du myocarde, gangrène, cataracte ).

125 Les deux types de diabète sucré B\ Le diabète de type II (non-insulino-dépendant ou dâge adulte). - apparaît généralement à lâge adulte (après 40 ans) - cause: de la production dinsuline ou de la sensibilité (insuffisance de Glut4) des cellules à linsuline (insuffisance de Glut4). Ce type de diabète est presque hyperphagie augmentation du poids toujours associé à lobésité (hyperphagie augmentation du poids) - traitement:. exercice physique et régime alimentaire, parfois insuline pour les cas plus rebelles - fréquence: le plus fréquent (90% des cas de diabète sucré) - conséquences:. entraîne rarement lacidocétose. moins graves que pour le diabète de type I

126 Les signes associés au diabète sucré 1) Hyperglycémie: glycémie plus élevée que la normale (manque dinsuline le glucose ne peut pas entrer dans les cellules et être utilisé par les cellules glucose demeure dans le sang) 2) Glycosurie: présence de glucose dans lurine (les reins excrètent du glucose dans lurine parce quils ne peuvent pas réabsorber tout le glucose filtré)

127 Les signes associés au diabète sucré 3) Polyurie: production très abondante durine (leau suit par osmose le glucose qui est excrété dans lurine) 4) Polydipsie: soif excessive (excrétion excessive durine déshydratation soif) 5) Polyphagie: de la consommation daliments (pour compenser la de lapport énergétique résultant de lincapacité à utiliser le glucose comme source dénergie) Trois signes majeurs du diabète sucré

128 Les signes associés au diabète sucré 6) Acidocétose (cétose diabétique) définition: acidose (pH sanguin < 7,35) entraînée par un diabète sucré ( plus souvent le diabète de type I) non traité ou mal contrôlé. cause: de la concentration des corps cétoniques dans le sang ( insuline entrée du glucose dans les cellules et de leur utilisation comme source dénergie utilisation des acides gras comme source dénergie production de corps cétoniques par le foie pH) conséquences: le pH acide affecte le système nerveux et la personne peut tomber dans le coma et mourir.

129 Les signes associés au diabète sucré 7) Haleine particulière (odeur dacétone) (une partie de lexcès dacétone est excrétée dans lair expiré) 8) Hyperventilation associée au coma diabétique (lorganisme tente de compenser lacidose en augmentant son excrétion de CO 2 )

130 Thermorégulation Thermorégulation: processus permettant de maintenir la température corporelle stable. Température orale moyenne = 36,8 C importance de maintenir la température corporelle stable toute variation de la température corporelle affecte lactivité des enzymes. Au repos, les différentes régions du corps nont pas la même température. - température centrale (dans cavités crânienne, thoracique et abdominale) est la plus élevée. - température de surface (au niveau de la peau) est la plus basse. La température dun individu en bonne santé varie denviron 1 °C en une journée (minimum le matin, maximum à la fin de la journée).

131 Thermorégulation : gain et pertes de chaleur - métabolisme basal: énergie dépensée (chaleur libérée) pour assurer les fonctions essentielles comme la respiration, lactivité des organes au repos. - dépenses fonctionnelles: énergie dépensée (chaleur libérée) pour permettre lactivité musculaire, la digestion des aliments, la défense contre le froid ou la chaleur … Gain : Provient surtout de la chaleur produite par lactivité métabolique des tissus: Glucose + O 2 CO 2 + H 2 O + ATP + chaleur La thyroxine et ladrénaline sont deux hormones qui le métabolisme, donc la production de chaleur. EQUILIBRE THERMIQUE SI: GAINS = PERTES DE CHALEUR

132 Mécanismes de pertes de chaleur Pertes insensibles par la peau et lair expiré: environ 10% des pertes minimales de chaleur + Pertes par la sueur Convection (les courants dair) : 15 à 20 % des pertes Rayonnement (ondes infra- rouges: transfert de chaleur à lair ambiant) : 50 % des pertes

133 le métabolisme la thyroxine ladrénaline la production de chaleur

134 Les différents modes daction des hormones Neurotransmetteurs et hormones nagissent pas de la même façon : le mode daction sur les cellules cibles sera différent. Deux familles de molécules informatives à mode daction différent: Deux familles de molécules informatives à mode daction différent: - Les molécules hydrophiles : Quand il y a contact avec la membrane plasmique de la cellule cible, ces molécules ne rentrent pas ; elles ont besoin dun système de reconnaissance capable de générer des effets dans la cellule pour provoquer leffet biologique souhaité. - Les molécules lipophiles : Ces molécules rentrent plus facilement dans la cellule cible et vont agir rapidement sur la cible intracellulaire (récepteurs).

135 Les hormones Hormones locales Hormones circulantes Ex. les histamines, les prostaglandines Ex. adrénaline, testostérone, oestrogènes, etc.

136 Les molécules hydrophiles

137 Une glande va sécréter un premier messager qui va agir sur la cellule cible par lintermédiaire dun récepteur. Ce dernier nest pas capable de générer un effet biologique dans la cellule. Le récepteur va récupérer le signal extérieur, sa liaison avec le messager primaire va activer une enzyme permettant la synthèse dun second messager. Un récepteur est spécifique à une molécule. La formation du couple messager/récepteur entraîne lactivation dun système de transduction qui peut stimuler une enzyme, un canal ionique afin de provoquer une réponse intracellulaire. Ici, cest ladénylyl-cyclase qui transforme lATP en AMPc.

138 Le second messager peut être responsable dun système damplification : une molécule dadrénaline ou de glucagon provoque la synthèse de 100 molécules dAMPc deux AMPc par enzyme activent une enzyme (protéine- kinase A) qui active la phosphorylase-kinase deux AMPc par enzyme activent une enzyme (protéine- kinase A) qui active la phosphorylase-kinase très forte amplification intracellulaire. très forte amplification intracellulaire.

139 Les hormones lipophiles (stéroïdes sexuels et surrénaliens) Elles sont toutes dérivées du cholestérol Les glucocorticoïdes (GC).

140 Les hormones lipophiles (stéroïdes sexuels et surrénaliens) Les glucocorticoïdes ont pour cible le noyau où ils effectuent une régulation génique. Les glucocorticoïdes ont pour cible le noyau où ils effectuent une régulation génique. Comme le cytoplasme est hydrophile, ces GC ont besoin dune protéine réceptrice pour le transport dans le cytoplasme et de protéines chaperons (HSP) au repos. Comme le cytoplasme est hydrophile, ces GC ont besoin dune protéine réceptrice pour le transport dans le cytoplasme et de protéines chaperons (HSP) au repos. Les glucocorticoïdes (GC). Le GC va se libérer des protéines chaperons et venir se fixer sur le récepteur. Là, il passe dans le noyau et va interagir avec lADN.


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