Cours 1 – Le métabolisme du glucose

January 8, 2018 | Author: Anonymous | Category: Science, Biologie, Biochimie
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Chapitre 4 : Le metabolisme du glucose 

Les molécules énergétiques de l’organisme



Le métabolisme o

La glycolyse

o

La transformation du pyruvate

o

Le cycle de Krebs

o

Chaîne de transport des électrons

o

Résumé du métabolisme du glucose

o

Le glycogène

o

La glycogénogénèse et la glycogénolyse

o

Autre sources



Les réserves d’énergie dans l’organisme



L’insuline et le glucagon o

Le pancréas

o

L’insuline

o



Production d’insuline



Actions sur les glucides



Récepteurs à glucide



Action sur les lipides



Action sur les protéines

Le glucagon 

Action sur les glucides



Action sur les lipides



Action sur les protéines

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1) Molécules énergétiques de l’organisme

La molécule la plus riche en énergie est le NADH (nicotinamide adénine dinucléotide) La transformation du NADH en NAD+, libère de l’énergie alors que la réaction inverse permet d’emmagasiner cette dernière. En fait, c’est une réaction chimique qui met en jeu des électrons qui permet le transfert d’énergie.

La seconde molécule est l’ATP (adénosine triphosphate)

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La transformation de l’ATP en ADP libère de l’énergie. L’addition d’un troisième groupement phosphate (le phosphate ) requière de l’énergie. Cette énergie est libérée lorsque ce phosphate est enlevé. La conversion ATP en ADP est le mécanisme principal de transfert d’énergie.

Équations :

2) Le métabolisme Tous les processus qui apparaissent au sein d’une cellule vivante sont mis en action grâce à une énergie puisée dans le monde extérieur. La voie la plus habituelle de dégradation des composés, les aliments dans notre cas, consiste à les oxyder (les brûler de façon contrôlée). L’énergie emmagasinée dans les unités d’énergie (NADH ou ATP) peut alors être utilisée dans des processus d’élaboration, de réparation ou de maintien de l’homéostasie. On regroupe toutes les réactions se déroulant à l’intérieur de la cellule sous le nom de métabolisme. Un ensemble de réactions métaboliques successives aboutissant à la production d’un composé biologique ayant une fonction indispensable pour l’organisme qui les réalise se nomme voie métabolique. Une voie métabolique est constituée de plusieurs réactions catalysées par des enzymes diverses. Chacune de ces enzymes peut éventuellement participer à plusieurs voies métaboliques.

Les voies métaboliques sont souvent (pour ne pas dire toujours) catalysées par des enzymes. Une enzyme est une protéine. Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs, c'est-à-dire qu'en agissant à des concentrations très petites, elles augmentent la vitesse des réactions chimiques, sans en modifier le résultat. À la fin de la réaction, la structure de l'enzyme se retrouve inchangée. Une enzyme donnée est spécifique d'une réaction, c'est-à-dire qu'elle catalyse toujours la même transformation, se produisant sur les mêmes corps chimiques initiaux. La classification ou nomenclature des enzymes est relativement simple. Des règles ont été établies et le nom d’une enzyme doit caractériser la réaction chimique qu’elle catalyse. On sépare les enzymes en six grandes classes.

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1. Oxydoréductases : qui catalysent des transferts d'électrons et de protons d’un donneur à un accepteur.

2. Transférases : qui catalysent les transferts de groupements.

3. Hydrolases : qui catalysent des réactions d'hydrolyse (coupure des liens C-C, C-O, C-N et autres par de l’eau).

4. Lyases : qui catalysent l'addition de groupes à des liens doubles ou l'inverse.

5. Isomérases : qui catalysent le transfert de groupes dans une même molécule pour produire des formes d’isomères.

6. Ligases : qui forment des liens C-C, C-S, C-O et C-N lors de réactions de condensation couplées à l'utilisation d'ATP.

La nomenclature des enzymes n'est pas totalement standardisée mais, par convention, elle se compose le plus souvent d'un radical proche du substrat ou du produit de la catalyse suivit du suffixe "ase".

Exemples:  Le glucose oxydase est une enzyme qui catalyse l'oxydation du glucose.  L'amidon synthétase catalyse la synthèse de l'amidon. Le présent chapitre s’attardera aux voies métaboliques concernant la transformation d’une molécule en énergie. On peut schématiser ce métabolise de différentes façons.

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2,1 La glycolyse

Le glucose est une molécule qui contient 686 kcal par mole d'énergie qui peut être libérée par oxydation. La glycolyse est la première étape du processus de respiration cellulaire. Elle a lieu dans le cytosol de nombreux types de cellules animales. Au cours de la glycolyse, la transformation du glucose suit une séquence de neuf réactions catalysées par des enzymes qui produisent deux molécules de pyruvate. La glycolyse ne se produit pas spontanément : deux molécules d'ATP sont nécessaires à la phosphorylation du glucose pour produire l'intermédiaire réactif. La glycolyse produit quatre ATP (pour une production nette de 2), deux NADH et deux pyruvates. Les deux molécules de pyruvate produites contiennent encore la majorité de l'énergie chimique du glucose. En fait, la glycolyse ne convertit qu'environ 2% de l'énergie du glucose en ATP. Les animaux qui peuvent exploiter l'énergie contenue dans le pyruvate auront donc un avantage important.

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2,2 La transformation du pyruvate Le pyruvate formé peut subir d’autres transformations. Selon la molécule créée, son utilisation servira à produire plus ou moins d’énergie. En présence d'oxygène, la plupart des cellules animales vont dégrader le pyruvate en dioxyde de carbone et en eau au cours de trois étapes : l'oxydation du pyruvate, le cycle de Krebs, et la phosphorylation oxydative (chaîne de transport des électrons). Cependant, l'oxygène n'entre réellement en action qu'à la toute dernière étape de la chaîne de transport des électrons. Une mole de pyruvate peut être oxydée en libérant 271.5 kcal d'énergie libre. À l'étape d'oxydation du pyruvate (réaction de conversion), les deux molécules de pyruvate sont converties en deux molécules d'acétate. Cette réaction a lieu dans la mitochondrie et libère du dioxyde de carbone, un déchet qui doit diffuser hors de la cellule. Le produit de cette étape est donc deux molécules d'acétate qui vont se joindre à 2 molécules de coenzyme A pour former 2 acétyl CoA. Cette oxydation des deux molécules de pyruvate va également produire 2 NADH. L'acétate, une molécule à 2 carbones, peut être produit à partir de pyruvate, mais aussi à partir de nombreux acides aminés, des parties d'acides nucléiques, et de la plupart des sucres. Lorsque combiné à une molécule de coenzyme A, le produit (Acétyl CoA) peut ensuite être dégradé par la troisième grande étape : le cycle de l'acide citrique.

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Lorsque l'organisme ne peut se procurer suffisamment d'oxygène, le pyruvate produit par la glycolyse ne peut continuer à être oxydé. Dans ces conditions, une enzyme présente dans le cytosol la lacticodéshydrogénase catalyse la conversion du pyruvate en lactate et du NADH en NAD+. Cette régénération de NAD+ permet à la cellule de continuer la glycolyse et donc d'obtenir de l'énergie (beaucoup moins efficacement cependant). Le lactate n'est pas métabolisé plus à fond en conditions anaérobies et s'accumule dans la cellule. Lorsque l'oxygène redevient disponible, ce lactate est reconvertit en pyruvate et passe par les autres étapes de la respiration aérobie. L'oxygène utilisé pour métaboliser ce lactate correspond à une dette d'oxygène.

2,3 Le cycle de Krebs

Les graisses, les protéines et les glucides peuvent tous être transformés en acétyl CoA. Les aliments que l’on consomme sont transformés en acétate (CH3COO-). L’acétate ne peut circuler librement dans les cellules, il doit être couplé avec le coenzyme A (CoA) d’où le nom d’acétyl CoA. Dans la mitochondrie, cette molécule est utilisée dans un cycle de réaction nommé cycle de Krebs en l’honneur de Hans Krebs. Dans le cycle de Krebs, l’acétyl CoA est complètement oxydé en dioxyde de carbone (CO 2) et en eau (H2O). À la fin des huit étapes du cycle, pour chaque molécule d'acétyl CoA, 3 molécules de NADH, une de FADH2, et une molécule d'ATP sont produites, et il y a production de deux molécules de dioxyde de carbone. L'énergie contenue dans les transporteurs d'électrons NADH et FADH2 ne sera libérée qu'à l'étape suivante par la chaîne de transport des électrons.

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2,4 La chaîne de transport des électrons Avant d'entrer dans la chaîne de transport des électrons, une mole de glucose aura donc été convertie en  4 moles d'ATP (équivalent à 29 Kcal)  10 moles de NADH (environ 520 Kcal)  2 moles de FADH2 (environ 70 Kcal) Ce qui correspond à environ 90% des 686 kcal initialement contenues dans le glucose. Le 10% "perdu" est dissipé en chaleur. Mais seulement 29 kcal sont directement disponibles sous forme d'ATP. L'essentiel de l'énergie est contenu dans les transporteurs d'électrons NADH et FADH 2. La chaîne de transport des électrons sert à convertir toute cette énergie en ATP le plus efficacement possible. La chaîne respiratoire est une série de réactions d’oxydoréduction impliquant des réactions de production d’ATP et des transporteurs d’hydrogènes mitochondriaux : cytochromes et coenzymes réduites.

La chaîne respiratoire considérée dans son ensemble ne fonctionne qu’en milieu

aérobie. C’est l’oxygène qui oxyde les participants de la chaîne respiratoire et cette dernière ne fonctionne que dans les cellules suffisamment oxygénées. Les molécules de NADH et de FADH2 se dirigent vers une chaîne de transporteurs d'électrons enchâssée dans la membrane interne de la mitochondrie. Chaque NADH cède 2 électrons au premier transporteur qui les cède au suivant, etc. La dernière molécule de la chaîne de transport doit céder à son tour les électrons. Comme il n'y a aucune autre molécule à sa suite, c'est un transporteur mobile, l'oxygène, qui vient prendre les deux électrons. Il se combine ensuite à 2 H + pour former de l'eau. Le FADH2 fait de même mais il cède ses électrons à la troisième molécule de la chaîne. Lorsque les électrons circulent dans la chaîne, certains transporteurs retirent des H + de la matrice et les envoient dans l'espace intermembranaire où ils s'accumulent. Comme la concentration en H+ augmente dans l'espace intermembranaire, les protons diffusent vers la matrice en passant par l'ATP synthétase; c'est la chimiosmose. Se faisant, ils entraînent la formation d'ATP par phosphorylation oxydative. Chaque NADH et FADH2 provenant du cycle de Krebs servent à former 3 ATP et 2 ATP respectivement. Les NADH provenant de la glycolyse ne peuvent entrer dans la mitochondrie. Ils doivent donc céder leurs électrons à des navettes qui peuvent être soit le NAD+ ou le FAD+. Selon la navette, les NADH de la glycolyse forment 2 ou 3 ATP chacun.

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Bilan intéressant 

Chaque fois qu’un NADH+ est créé dans la mitochondrie, il contribue à la synthèse de 3 ATP ainsi qu’à la consommation de ½ O2.



Chaque fois qu’un NADH+ est produit dans le cytosol, il est transformé en 2 ATP.

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2,5 Résumé du métabolisme du glucose

Bilan de la glycolyse

Bilan de la transformation du pyruvate

Bilan du cycle de Krebs

Bilan de la chaîne de transport des électrons

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2 ,6 Le glycogène Le glycogène est un polymère de D-glucose qui peut être synthétisé ou dégradé par l’organisme. C’est une réserve abondante d’énergie qui est stockée dans le foie ou dans les muscles.

Lors des repas, le corps transforme le glucose inutilisé en glycogène et, entre les repas, le glycogène est hydrolysé en glucose selon les besoins en énergie. Chez l'Homme, le glycogène est synthétisé dans les hépatocytes et les cellules musculaires. Seul le glycogène hépatique peut être ensuite redistribué aux autres cellules de l'organisme. Le glycogène peut ainsi représenter à lui seul 10% du poids du foie, et 1% du poids des muscles.

2,7 La glycogénogénèse et la glycogénolyse

La glycogénogénèse est la voie métabolique qui permet, dans le foie et le muscle, la synthèse du glycogène à partir du glucose.

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La glycogénolyse est la voie métabolique qui permet, dans le foie et le muscle, la transformation du glycogène en glucose. Dans le foie, l’enzyme glycogène phosphorylase rompt les liaisons glycosidiques dans le glycogène et unit les extrémités rompues avec du phosphate inorganique.

Un des rôles importants du foie est de maintenir le taux de glucose dans le sang. (Le glucose est une source essentielle pour les globules rouges du sang et le cerveau).

Les réserves de

glycogène hépatique peuvent fournir du glucose lorsque ce dernier n’est pas apporté par l’intestin. Afin d’entrer et de sortir du foie, le glucose doit se débarrasser du phosphate. Le muscle aussi a des réserves en glycogène, mais il les utilise pour ses propres besoins. Les réserves de glycogène musculaire ne peuvent être utilisées par d'autres cellules de l'organisme, car les cellules musculaires ne possèdent pas l'enzyme permettant de catalyser la réaction donnant du glucose à partir du glucose-6-phosphate. Or seul le glucose peut sortir de la cellule

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