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Cours sur: Biochimie structurale et métabolique

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Biochimie structurale et métabolique

Judicaël Thomas OUILLY

Objectifs du Cours

  • Acquérir les bases fondamentales du métabolisme des lipides, des glucides et des protéines
  • Comprendre le mécanisme de dégradation des Macromolécules dans l’organisme
  • Evaluer le bilan de la dégradation des macromolécules et l’énergie libérée sous forme d’ATP
  • Comprendre le mécanisme de synthèse des lipides, des glucides et des protéines dans l’organisme
  • Evaluer le bilan de la synthèse d’une macromolécule à partir de l’acétyl-CoA et le coût énergétique (ATP)

Introduction

  • Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant à partir des constituants chimiques fournis à l'organisme par l'alimentation et sous l'action de catalyseurs spécifiques.
  • C'est un processus ordonné, qui fait intervenir des processus de dégradation (catabolisme) et de synthèse organique (anabolisme). Couramment, le métabolisme est l'ensemble des dépenses énergétiques d'une personne.

Sites du Métabolisme

  • Foie

  • Tissu adipeux

  • Glande mammaire

  • Reins

  • Poumons

  • +++ muscles et myocarde, foie, tissu adipeux.

  • --- cortex rénal, testicules…

image: La pyramide alimentaire
[Image: La pyramide alimentaire]

image: Introduction
[Image: Introduction]

image: Le métabolisme et ses transformations
[Image: Le métabolisme et ses transformations]

image: Schéma du métabolisme (pyramide, cycles)
[Image: Schéma du métabolisme]

image: Sites du Métabolisme
[Image: Sites du Métabolisme]

image: Répartition des tissus et organes
[Image: Répartition des tissus et organes]

Introduction (suite)

  • Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant à partir des constituants chimiques fournis à l'organisme par l'alimentation et sous l'action de catalyseurs spécifiques.

Anabolisme

  • Matériel de départ: molécules de faible masse moléculaire (CO2, acetyl-CoA, intermédiaires du cycle de Krebs, aa, glucides simples)
  • Produit final: macromolécules (triglycérides, protéines, glycogène, amidon, acides nucléiques)
  • Nécessite l’apport d’énergie (ATP)
  • But: fournir les macromolécules essentielles au fonctionnement de base de la cellule

Catabolisme

  • Matériel de départ: macromolécules retrouvées dans l’alimentation (protéines, triglycérides, amidon, acides nucléiques)

  • Produit final: H2O, CO2, urée

  • But: production d’énergie sous forme d’ATP

  • [Schéma: Métabolisme des lipides]

Plan

  • Généralités sur les Lipides
  • Métabolisme des Acides gras
  • Devenir de l’acétylCoA
  • Métabolisme des Triglycérides
  • Métabolisme du Cholestérol
  • Métabolisme des lipoprotéines
    [Image: Plan]

Métabolisme des Lipides

Judicaël Thomas OUILLY
[Image: Métabolisme des Lipides]

Objectifs du Cours

  • Acquérir les bases fondamentales du métabolisme des lipides
  • Comprendre le mécanisme de dégradation des lipides dans l’organisme
  • Evaluer le bilan de la dégradation d’un acide gras et l’énergie libérée sous forme d’ATP.
  • Comprendre le mécanisme de synthèse des lipides dans l’organisme
  • Evaluer le bilan de la synthèse d’un acide gras à partir de l’acétyl-CoA et le coût énergétique (ATP)

Introduction

Le métabolisme = Ensemble des réactions de synthèse, génératrices de matériaux (anabolisme), et de dégradation, génératrices d'énergie (catabolisme), qui s'effectuent au sein de la matière vivante à partir des constituants chimiques fournis à l'organisme par l'alimentation et sous l'action de catalyseurs spécifiques.

Anabolisme

  • Matériel de départ: molécules de faible masse moléculaire (CO2, acetyl-CoA, intermédiaires du cycle de Krebs, aa, glucides simples)
  • Produit final: macromolécules (triglycérides, protéines, glycogène, amidon, acides nucléiques)
  • Nécessite l’apport d’énergie (ATP)
  • But: fournir les macromolécules essentielles au fonctionnement de base de la cellule.

Catabolisme

  • Matériel de départ: macromolécules retrouvées dans l’alimentation (protéines, triglycérides, amidon, acides nucléiques)
  • Produit final: H2O, CO2, urée
  • But: production d’énergie sous forme d’ATP.

[Schéma: Cycle de l’acide citrique]

Introduction

Sites du Métabolisme des lipides

  • Foie
  • Tissu adipeux
  • Glande mammaire
  • Reins
  • Poumons
    [Image: Sites du Métabolisme des lipides]

[Schéma: La pyramide alimentaire]

Introduction

Introduction

Sites du Métabolisme des lipides

  • Foie
  • Tissu adipeux
  • Glande mammaire
  • Reins
  • Poumons

[Image: La pyramide alimentaire]

[Schéma: La pyramide alimentaire]

Introduction

Le métabolisme = Ensemble des réactions de synthèse, génératrices de matériaux (anabolisme), et de dégradation, génératrices d'énergie (catabolisme), qui s'effectuent au sein de la matière vivante à partir des constituants chimiques fournis à l'organisme par l'alimentation et sous l'action de catalyseurs spécifiques.

Anabolisme

  • Matériel de départ: molécules de faible masse moléculaire (CO2, acetyl-CoA, intermédiaires du cycle de Krebs, aa, glucides simples)
  • Produit final: macromolécules (triglycérides, protéines, glycogène, amidon, acides nucléiques)
  • Nécessite l’apport d’énergie (ATP)
  • But: fournir les macromolécules essentielles au fonctionnement de base de la cellule.

Catabolisme

  • Matériel de départ: macromolécules retrouvées dans l’alimentation (protéines, triglycérides, amidon, acides nucléiques)
  • Produit final: H2O, CO2, urée
  • But: production d’énergie sous forme d’ATP.

[Schéma: Cycle de l’acide citrique]

[Image: Sites du Métabolisme des lipides]

Introduction

  • muscles et myocarde, foie, tissu adipeux
  • cortex rénal, testicules

Plan

  • Généralités sur les Lipides
  • Métabolisme des Acides gras
  • Devenir de l’acétylCoA
  • Métabolisme des Triglycérides
  • Métabolisme des Lipoprotéines
  • Métabolisme du Cholestérol

Généralités sur les lipides

  • Lipides ou Corps gras: molécules organiques insolubles ou peu solubles dans l’eau (lipos) et solubles dans les solvants organiques apolaires comme benzène, chloroforme, éther de pétrole
  • Ils sont principalement constitués de C, H et O, et ont une densité inférieure à celle de l’eau. L'insolubilité implique que pour être transportés dans la circulation, ils doivent être transportés sous forme de complexes multi-moléculaires hydrosolubles : les lipoprotéines.
  • Les lipides (acides gras constitutifs des TG) représentent la source d’énergie la plus importante de l’organisme (stockage dans le tissu adipeux, énergie 9kcal/g). Rôle de structure (membrane…), d’ancrage membranaire,

Acide gras

1234
ac butyriqueac butanoïqueC4:0H3C-(CH2)2-COOH
ac valériqueac pentanoïqueC5:0H3C-(CH2)3-COOH
ac caproïqueAc hexanoïqueC6:0H3C-(CH2)4-COOH
1234
ac enanthiqueac heptanoïqueC7:0H3C-(CH2)5-COOH
ac capryliqueac octanoïqueC8:0H3C-(CH2)6-COOH
Ac pelargoniqueAc nonanoïqueC9:0H3C-(CH2)7-COOH
ac capriqueac decanoïqueC10:0H3C-(CH2)8-COOH
ac undecycliqueac undecanoïqueC11:0H3C-(CH2)9-COOH
Ac lauriqueAc dodecanoïqueC12:0H3C-(CH2)10-COOH

[Image: Schéma: Généralités sur les lipides – arbre des lipides]

[Image: Structure chimique d'un acide gras]

[Image: Figure 2 : Acide gras]

Généralités sur les lipides

  • ac tridecyclique ac tridecanoïque C13:0 H3C-(CH2)11-COOH
  • ac myristique ac tetradecanoïque C14:0 H3C-(CH2)12-COOH
  • Ac pentadecyclique Ac pentadecanoïque C15:0 H3C-(CH2)13-COOH
  • ac palmitique ac hexadecanoïque C16:0 H3C-(CH2)14-COOH
  • ac margarique ac heptadecanoïque C17:0 H3C-(CH2)15-COOH
  • Ac stearique Ac octodecanoïque C18:0 H3C-(CH2)16-COOH

Acide gras insaturés

la position de la première double liaison peut s’exprimer :

  • soit en partant du carboxyle (1er carbone) ; le symbole est Δ
  • soit en partant du méthyl (dernier carbone) ; le symbole est oméga ω.
nombre de carbonesNom usuelAbrév. en biochimieNom IUPACNomenclature physiologique
16acide palmitoléiqueacide 9Z-hexadénoïqueC16:1ω-7
18acide oléiqueacide 9Z-octadénoïqueC18:1ω-9
22acide éruciqueacide 13Z-docosaénoïqueC22:1ω-9
24acide nervoniqueacide 15Z-tétracosaénoïqueC24:1ω-9

Quelques exemples d'acides gras insaturés linéaires

Acide gras poly-insaturés

  • 18 acide linoléique AL acide 9Z,12Z-octadécadéniénoïque C18:2 ω-6
  • 18 acide α-linolénique ALA acide 9Z,12Z,15Z-octadécatriénoïque C18:3 ω-3
  • 18 acide γ-linolénique AGL ou GLA acide 6Z,9Z,12Z-octadécatriénoïque C18:3 ω-6
  • 20 acide di-homo-γ-linolénique DGLA acide 8Z,11Z,14Z-eïcosatriénoïque C20:3 ω-6
  • 20 acide arachidonique AA acide 5Z,8Z,11Z,14Z-éicosatétraénoïque C20:4 ω-6
  • 20 acide éicosapentaénoïque EPA acide 5Z,8Z,11Z,14Z,17Z-éicosapentaénoïque C20:5 ω-3
  • 22 acide docosahexaénoïque DHA acide 4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z-docosahexaénoïque C22:6 ω-3

Notions des acides gras omega (ω)

| 1 | 2 | 3 |
| Ac palmitoléique | Ac 7Z-hexadénoïque | C16:1:w-7 |
| Ac oléique | Ac 9Z-octadécénoïque | C18:1:w-9 |
1 = nom usuel, 2 = nomenclature chimique, 3 = nomenclature physiologique

Glycérides

Glycérides

Cérides

La longueur des chaînes carbonées varie de 14 à 30 carbones pour l’acide gras et de 16 à 36 carbones pour l’alcool gras.

Stérides

Généralités sur les lipides

[Image: Schéma des stérides et du cholestérol – schéma]

Stérides

Généralités sur les lipides

[Image: Schéma des stérides – schéma de structure]

[Image: Noyau stérol et cholestérol – schéma]

Généralités sur les lipides

  • Stérols : zoostérols + phytostérol et phytostanols
  • Zoostérols : cholestérol

[Image: Généralités sur les lipides – diapositive 41-42]
[Image: Schéma des stérols et stanols]

Digestion, absorption intestinale des lipides et Métabolisme des acides gras

[Image: Diagramme digestion et métabolisme des lipides]

β-oxydation des acides gras

  • La β-oxydation ou hélice de Lynen est la voie de dégradation oxydative intra-mitochondriale des acides gras en Acétyl CoA.
  • La β-oxydation des acides gras est un ensemble de dégradations successives des acides gras en acétylCoA. La réaction débute au niveau du carbone β en commençant à compter à partir du groupement carboxyle (il s’agit en fait du troisième carbone de la chaîne).

[Image: β-oxydation des acides gras – schéma]

  • L'oxydation des acides gras est donc une voie métabolique capitale pour l'homéostasie énergétique de la cellule (foie, cœur, muscle squelettique).

[Image: Hélice de Lynen – schéma]

  • Elle s’effectue sur le carbone β ou carbone 3 de l’acide gras.
  • Un acyl CoA saturé est dégradé à l’intérieur de la mitochondrie selon un cycle de 4 réactions.

[Image: β-oxydation des acides gras – schéma détaillé]

  • La β-oxydation = hélice de Lynen : la voie du catabolisme oxydatif aérobie des acides gras (Acyl-CoA) en acétyl-CoA.
    • Aérobie : en présence d’oxygène.
    • Toutes les enzymes catalysant cette voie sont mitochondrial es.
    • Dans le foie, le cœur, rein surtout et le muscle.
    • la β-oxydation a lieu également dans les peroxysomes (acides gras à nombre de C supérieures à 18).

[Image: β-oxydation des acides gras – schéma et flux]

  • La β-oxydation a lieu sur le carbone en position β et correspond à l'hydrolyse successive des 2 carbones (expérience de Knoop) en position C-terminale de l'acide gras : acide gras à n carbones => acide gras à n-2 carbones => acide gras à n-4 carbones …

[Image: β-oxydation des acides gras – schéma de progression]

  • L’oxydation des acides gras est donc une voie métabolique capitale pour l'homéostasie énergétique de la cellule (foie, cœur, muscle squelettique).

[Image: β-oxydation des acides gras – schéma global]

  • L’oxydation des acides gras est une voie métabolique capitale pour l’homéostasie énergétique de la cellule (foie, cœur, muscle squelettique).

[Image: β-oxydation des acides gras – schéma résumé]

  • Acide gras saturé à n carbones peuvent être dégradés par la β-oxydation en une série de passes de 2 carbones jusqu’à acetyl-CoA.

[Image: Acide gras saturé à n carbones – exemple]

β-oxydation des acides gras

La β-oxydation des acides gras à très longue chaîne (nombre de C supérieures à 18): raccourcissement des chaînes à 12-14 atomes de C par les oxydases dans les peroxysomes. Puis oxydation dans les mitochondries

Voie métabolique de dégradation des acides gras alternative à la β-oxydation

  • ω-oxydation ne nécessite pas de coenzyme A et ne se déroule pas dans les mitochondries mais dans le réticulum endoplasmique ; chez les vertébrés, elle a lieu principalement dans le foie et les reins.
  • Alpha oxydation : chaîne ramifiée

Etapes préliminaires de β-oxydation

I. Activation des acides gras

II. Transfert intra-mitochondrial des acyl-CoA

I. Activation des acides gras

  • R-CH2-COOH + 2 ATP + HSCoA → R-CH2-CO–SCoA + 2 AMP + 2 PPi
  • Acyl-CoA synthétase
  • PPi + H2O → 2 Pi
  • Pyrophosphatase

II. Transfert intra-mitochondrial des acyl-CoA

  • Les membranes mitochondriales sont imperméables aux acyl-CoA à longues chaînes. Ils les franchissent en étant convertis en acylcarnitine à partir de la carnitine.
  • Translocase

[Schéma: Transfert intra-mitochondrial des acyl-CoA]

β-oxydation des acides gras

Le coenzyme A est un dérivé de l'acide pantothénique, de la famille des vitamines B.
A: activation

[Schéma: Activation des acides gras]

I. Activation des acides gras

Acyl-CoA <12 carbones peuvent passer par un système de transport simple. Ceux >12 carbones utilisent la carnitine, on parle de « cycle de la carnitine ».

β-oxydation des acides gras

II- Transfert intra-mitochondrial des acyl-CoA

Les membranes mitochondriales sont imperméables aux acyl-CoA à longues chaînes. Ils les franchissent en étant convertis en acyl-carnitine à partir de la carnitine.
Translocase

[Schéma: Activation du coenzyme A]

β-oxydation des acides gras

II- Transfert intra-mitochondrial des acyl-CoA

Les membranes mitochondriales sont imperméables aux acyl-CoA à longues chaînes. Ils la franchissent en étant convertis en acyl-carnitine à partir de la carnitine.
Translocase

[Schéma: Transfert intra-mitochondrial des acyl-CoA (cycle de la carnitine)]

β-oxydation des acides gras saturés

Réaction 1: Déshydrogénation

  • β-oxydation des acides gras saturés

[Schéma: β-oxydation des acides gras saturés – Réaction 1]

Réaction 2: Hydratation de la double liaison

  • β-oxydation des acides gras saturés

Réaction 3: Déshydrogénation de L’ hydroxyacyl CoA

  • β-oxydation des acides gras saturés

[Schéma: Coenzymes FAD/NAD+ et leur formes (oxydée/réduite)]

Réaction 4: Clivage du céto acyl CoA

  • β-oxydation des acides gras saturés

RÉPÉTITION DU CYCLE DE Β-OXYDATION

  • β-oxydation des acides gras saturés

Bilan des produits pour n pair

  • Pour un acide gras à n carbones pair, il y a :
    • [(n/2) - 1] tours d'hélice de Lynen
    • [(n/2) - 1] NADH,H+
    • [(n/2) - 1] FADH2
    • (n/2) acétyl CoA

Bilan de la β-oxydation

  • Pour un acide gras à n carbones pair
    • AG (n carbones) +2 ATP+[n/2] HSCoA+([n/2]-1) FAD+([n/2]-1) NAD+ +([n/2]-1) H2O
    • [n/2]Acétyl CoA+([n/2]-1) FADH2+([n/2]-1) NADH,H+ +2 AMP+ 2 PPi

[Schéma: β-oxydation des acides gras saturés – Réaction 1]
[Schéma: Coenzymes FAD/NAD+ et leur formes (oxydée/réduite)]

β-oxydation des acides gras

Bilan de la β-oxydation

L'oxydation d'une molécule d'acétyl-CoA par le cycle de Krebs donne 1 ATP + 3 NADH,H+ + 1 FADH2.

  • Réoxydation de 1 FADH2 par la chaîne respiratoire: 2 ATP
  • Réoxydation de 1 NADH, H+ par la chaîne respiratoire: 3 ATP

[Image: β-oxydation des acides gras – bilan]

Bilan énergétique pour l'acide palmitique

Activation de l'acide gras: - 2 ATP

  • Réoxydation de 7 FADH2 par la chaîne respiratoire: 7 × 2 = 14 ATP
  • Réoxydation de 7 NADH, H+ par la chaîne respiratoire: 7 × 3 = 21 ATP
  • Oxydation de 8 CH3-CO-SCoA par le Cycle de Krebs: 8 × 12 = 96 ATP*

Bilan énergétique: (14 + 21 + 96) - 2 = 129 ATP libérées par oxydation d'une molécule d'acide palmitique.

  • L'oxydation d'une molécule d'acétyl-CoA par le cycle de Krebs donne 1 ATP + 3 NADH + 1 FADH2.

[Image: β-oxydation des acides gras – palmitique]

Bilan pour n impair

Pour un acide gras à n carbones impair, il y a :

  • [(n- 3)/2] tours d'hélice de Lynen
  • [(n- 3)/2] NADH,H+
  • [(n- 3)/2] FADH2
  • [(n- 3)/2] acétyl CoA
  • 1 propionyl CoA

AG (n carbones) + 2 ATP + [(n- 1)/2] HSCoA + [(n- 3)/2] FAD + [(n- 3)/2] NAD+ + [(n- 3)/2] H2O + [(n- 3)/2] Acétyl CoA + 1 Propionyl CoA + [(n- 3)/2] FADH2 + [(n- 3)/2] NADH,H+ + 2 AMP + 2 PPi

[Image: β-oxydation des acides gras – impair]

La β-oxydation des acides gras à nombre impair de carbones

Séries de réactions de réarrangements visant à amener l’insaturation en position 2 du Carbone
Ou β-oxydation de l’acide gras jusqu’à l’insaturation

[Image: β-oxydation des acides gras à nombre impair – réarrangements]

β-oxydation des acides gras insaturés

β-oxydation des acides gras insaturés: cas d’une liaison numérotée paire

[Image: β-oxydation des acides gras insaturés – liaison paire]

β-oxydation des acides gras insaturés: cas d’une liaison numérotée impaire

[Image: β-oxydation des acides gras insaturés – liaison impaire]

β-oxydation des acides gras insaturés

cas d’une liaison numérotée impaire

[Image: β-oxydation des acides gras insaturés – cis/trans isomérase]

cis/trans isomérase et suites d’étapes

[Image: β-oxydation des acides gras insaturés – isomérase et diagrammes]

β-oxydation des acides gras insaturés: cas d’une liaison numérotée impaire

[Schéma: β-oxydation des acides gras]

β-oxydation des acides gras

  • Acétyl CoA joue un rôle centrale dans le métabolisme des lipides
  • Précurseurs
  • Produits

[Schéma: Métabolisme des l’acetylCoA]

Métabolisme de l’acetylCoA

  • Pendant une période de jeûne, la β-oxydation s’intensifie dans les mitochondries des hépatocytes.
  • Une grande partie de l'acétyl CoA produit par la dégradation des acides gras et du glucose est oxydée dans le cycle de Krebs.

[Schéma: Métabolisme des l’acetylCoA]

Cycle de Krebs ou cycle du citrate

lieu: la mitochondrie
Ensemble de huit réactions enzymatiques décomposables en réactions simples. Formation de coenzymes réduits réoxydés dans la chaîne respiratoire.
Réaction d’un acétyl-CoA (2 carbones) avec un oxaloacétate (4 carbones) pour donner du citrate (6 carbones).
2 carbones du citrate sont éliminés sous forme de CO2, assurant ainsi la régénération de l'oxaloacétate

[Schéma: Cycle de Krebs]

Cétogenèse

En cas de jeûne :

  • Utilisation des corps cétoniques par le cerveau à la place du glucose

Après 3 jours de jeûne : 1/3 de l’E nécessaire au cerveau est assuré par les corps cétoniques
Après 40 jours : les corps cétoniques sont la principale source d’E pour le cerveau (70 %)

[Schéma: Cétogenèse]

Cétogenèse

  • L’acétoacétate, le B-hydroxybutyrate synthétisés dans le foie passent dans le sang et peuvent être utilisés comme carburants alternatifs dans les tissus périphériques.
  • L'acétone n’ayant aucune signification métabolique sera éliminée au niveau pulmonaire.
  • La production de corps cétonique peut entraîner une forte acidose (augmentation du pH plasmatique) qui peut conduire à un coma mortel

[Image: Schéma de la Cétogenèse (première image)]
[Image: Schéma de la Cétogenèse (seconde image)]

  • L’haleine des diabétiques de type II a souvent une odeur d’acétone (décarboxylation spontanée de l’acétoacétate) qui signale une forte concentration de corps cétoniques dans le plasma sanguin

Synthèse des acides gras

  • 3 Processus enzymatiques: Elongases, Désaturases, Enzymes de la B oxydation

  • Il y a soit production d’ATP à partir d’acetyl-CoA, soit synthèse des acides gras.

  • Synthèse des acides gras par le foie.

  • Acides gras majoritaires: acide palmitique (C16:0), suivi de l’acide stéarique (C18:0)

  • Les acides gras sont fixés sur le glycérol avant d’être libérés dans la circulation sanguine au sein de lipoprotéines.

  • deux acides gras mono-insaturés: l’acide palmitoléique (acide cis-9-hexadécénoïque) et l’acide oléique (acide cis-9-octadécénoïque), car les doubles liaisons entre atomes de carbone ne peuvent être introduites qu’en deçà d’une longueur de chaîne de neuf atomes de carbone.

  • La biosynthèse des acides gras endogènes relève de 2 mécanismes différents:

    • La biosynthèse intra-mitochondriale de Lynen.
    • La biosynthèse extra-mitochondriale de Wakil.

  • Réversibilité des réactions enzymatiques de l’oxydation des acides gras; la seule réaction irréversible est celle catalysée par l’acyl CoA déshydrogénase. L’enzyme utilisée: déshydroacyl CoA réductase. Elle est peu importante quantitativement, elle participe d’avantage à l’allongement des acides gras préexistants.

Synthèse des acides gras

Cette biosynthèse ce fait au niveau cytosolique et exige la présence de et d’ Acétyl CoA et d’un complexe multienzymatique acide gras synthétase. Une étape préliminaire est indispensable, le transfert extra mitochondrial des groupements acétyles.
La biosynthèse extra-mitochondrial de Wakil.
Anabolisme
Synthèse des acides gras
La synthèse des acides gras est faite de 3 phases à partir de l’acétyl-CoA: • Activation • Élongation • Terminaison

  • Activation

  • Élongation

  • Terminaison

  • Synthèse cytosolique ou voie de Wakil : de l’acétyl-CoA au palmitate

  • Synthèse mitochondriale ou voie de Lynen : de C16 à C24

  • Elongation et désaturation microsomale (RE)

3 mécanismes complémentaires

  • L’acyl gagne la mitochondrie grâce au cycle de carnitine
  • Le CoA prend la place de l’ACP comme transporteur d’acyl

[Image: Schéma - synthèse des acides gras]

Métabolisme du cholestérol

Cholestérol corporel: cholestérol libre (1/3) et de cholestérol estérifié (2/3) synthétisé dans nombre de tissus à partir d’Acétyl-CoA et éliminé dans la bile sous forme de cholestérol ou de sels biliaires. précurseur de tous les autres stéroïdes : tels que les corticoïdes, les hormones sexuelles, les acides biliaires et la vitamine D.

  • Cholestérol corporel: cholestérol libre (1/3) et estérifié (2/3) à partir d’Acétyl-CoA; éliminé dans la bile sous forme de cholestérol ou sels biliaires; précurseur des corticoïdes, hormones sexuelles, acides biliaires et vitamine D.

  • LDL (Low Density Lipoprotein) transporte le cholestérol (et triglycérides et vitamines liposolubles) des lieux de secrétion vers les cellules de l’organisme.

  • HDL (High Density Lipoprotein) décharge les artères et les tissus extrahépatiques du cholestérol oxydé et le ramène vers le foie pour dégradation; on parle de « bon » cholestérol.

[Image: Schéma - métabolisme du cholestérol]

Métabolisme du cholestérol

  • Taux de CHOLESTEROL total sanguin idéal : < 2 g/l (< 200 mg/dl)

  • Taux de HDL-c sanguin idéal : > 0,4 g/l (> 40 mg/dl) chez l’homme; > 0,5 g/l (> 50 mg/dl) chez la femme

  • Taux de LDL-c sanguin idéal : < 1 - 1,3 g/l (< 130 mg/dl et même < 100 mg/dl) (En fonction du risque cardiovasculaire : taux conseillé < 115 mg/dl si risque modéré et < 70 mg/dl si risque très élevé)

  • Taux de TRIGLYCERIDES sanguin idéal : < 1,5 g/l

  • Hypothèse du « mauvais » cholestérol : des taux importants de LDL conduiraient au dépôt de cholestérol sur les parois des artères

  • Comment réduire le mauvais cholestérol ?

    • Consommer des aliments riches en acides gras oméga 3 et 6, en phytostérols et en antioxydants
    • Pratiquer le sport ou un exercice physique régulièrement

[Image: Diagramme des taux sanguins et métabolisme du cholestérol]

Biosynthèse du cholesterol: 5 étapes

  1. Passage de l’acétyl CoA au mévalonate
  2. Passage du mévalonate à l’isopentyl pyrophosphate
  3. Isomérisation et condensation de l’isopentyl pyrophosphate
  4. Biosynthèse du farnesyl pyrophosphate et dimérisation en squalène
  5. Cyclisation du squalène et transformation en cholestérol

[Image: Schéma biosynthèse du cholestérol]

Métabolisme du cholestérol

[Image: Schéma du métabolisme du cholestérol]

[Image: Schéma du métabolisme du cholestérol (suite)]

[Image: Causes et facteurs déterminants du risque cardiovasculaire et syndrome métabolique]

Travaux dirigés

Exercice I

  • Définir la β-oxydation des acides gras
  • Citez les différentes étapes de la β-oxydation des acides gras
  • Compléter le tableau I
  • Compléter le tableau pour le cas de la β-oxydation de l’acide margarique (C17:0) à 17 atomes de carbones
  • Sachant que les molécules de NADH, H+, de FADH2, d’acétylCoA et de propionylCoA sont réoxydées en ATP, donnez le bilan en ATP de l’oxydation totale de l’acide margarique
  • Comparez le bilan précédent avec celui de la glucolyse
  • Quels sont les moyens pour réduire le taux de mauvais cholestérol dans l’organisme

[Image: Tableau bilan β-oxydation]

Travaux dirigés (suite)

Exercice I

  1. Définir la β-oxydation des acides gras
  2. Citez les différentes étapes de la β-oxidation des acides gras
  3. Compléter le tableau I
  4. Compléter le tableau pour le cas de la β-oxidation de l’acide margarique (C17:0) à 17 atomes de carbones
  5. Sachant que les molécules de NADH,H+, de FADH2, d’acétylCoA et de propionylCoA sont réoxydées en ATP, donnez le bilan en ATP de l’oxydation totale de l’acide margarique
  6. Comparez le bilan précédent avec celui de la glycolyse
  7. Quels sont les moyens pour réduire le taux de mauvais cholestérol dans l’organisme

[Image: Travaux dirigés - tableau et questions]

Travaux dirigés

Exercice II

Babalola, un étudiant de licence, étudie la composition biochimique et la valeur énergétique de l’huile de Lannea microcarpa. Il constate que cette huile renferme de l’acide stéarique (C18:0) et l’acide oléique (C18:1n9). L’huile est comestible et ne renferme pas de cholestérol.

  1. Pour chaque acide gras, calculer le nombre de tours d’hélices de Lynen formés lors de la β-oxydation.
  2. Déterminer le bilan énergétique de β-oxydation des acides gras de ces acides gras.
  3. Expliquer à votre condisciple, pourquoi l’analyse de l’huile n’a pas décelé la présence de cholestérol.
  4. Citer les différentes étapes de la biosynthèse du cholestérol à partir de l’Acétyl-CoA.

Exercice III

Zoenabou, une étudiante de NTA, prépare la Kermess des 72 h du nutritionniste. Pour ce faire elle se rend dans une boutique pour des achats de sardines et d’huiles.
Les conserves de sardines comportent l’étiquette « riches en acides gras omega 3 et omega 6 »

  1. Quels sont les rôles de ces acides gras dans l’organisme?
  2. Pourquoi ces acides gras sont-ils essentiels?
    Sur le bidon de 5L d’huile, il est mentionné « huile végétale sans cholestérol »
  3. Quels sont les effets néfastes du Cholestérol?
  4. Quels sont les effets bénéfiques du Cholestérol?
  5. Définir les termes suivants : bon cholestérol, mauvais cholestérol
  6. Commentez la mention « huile végétale sans cholestérol »

Exercice IV

Zoenabou, une étudiante de NTA, prépare la Kermess des 72 h du nutritionniste. Pour ce faire elle se rend dans une boutique pour des achats de sardines et d’huiles.
Les conserves de sardines comportent l’étiquette « riches en acides gras omega 3 et omega 6 »

  1. Quels sont les rôles de ces acides gras dans l’organisme?
  2. Pourquoi ces acides gras sont-ils essentiels?
    Sur le bidon de 5L d’huile, il est mentionné « huile végétale sans cholestérol »
  3. Quels sont les effets néfastes du Cholestérol?
  4. Quels sont les effets bénéfiques du Cholestérol?
  5. Définir les termes suivants : bon cholestérol, mauvais cholestérol
  6. Commentez la mention « huile végétale sans cholestérol »

Trouver la meilleure combinaison

Lors du transfert des acylCoA dans la mitochondrie, les acylCoA à nombres de carbones à supérieurs 12 effectuent le …. tandis que les acylCoA à nombres de carbones inférieurs à 12 effectuent le ….
A. Transfert simple
B. Cycle de Lynen
C. Cycle de Carnitine

Combinaisons proposées :

  • 1-A,B
  • 2-B,A
  • 3-A,C
  • 4-Néant
  • 5-C,A
  • 6-C,B
  • 7-B,C

Exercice V

Soit les acides aminés suivants : citrulline, histidine, proline, lysine, valine, arginine, méthionine, glycine, serine, asparagine, glutamine, tryptophane, ornithine, cystéine.

  1. Parmi les acides aminés suivants, lesquels sont essentiels pour l’homme ? ( 2 pts)
  2. Parmi les acides aminés suivants lesquels sont conditionnellement essentiels pour l’homme ? (2 pts)
  3. Parmi les acides aminés suivants lesquels sont soufrés ? (1 pt)
  4. Parmi les acides aminés suivants lesquels sont aromatiques ? (1 pt)
  5. Lesquels sont des acides α-aminés ? (2 pts)
  6. Qu’est-ce qu’un acide aminé conditionnellement essentiel ? (1 pt)

Exercice VI

L’huile de palme renferme environ 45% d’acide oléique (C18 : 1n9), 30% d’acide palmitique (C16 : 0), 15% d’acide linoléique (C18 : 2n6) et 10% d’acide stéarique (C18 : 0).

  1. Parmi les acides gras cités, lesquels sont des acides gras essentiels pour l’homme ? Expliquer ? 1 pt
  2. Pourquoi les mammifères sont incapables de synthétiser les acides gras oméga 3 et oméga 6 ? 1 pt
  3. Parmi les quatre acides gras ci-dessus, lesquels sont majoritairement formés par l’organisme ? 1pt
  4. Donnez l’équation bilan de la synthèse de l’acide palmitique. 2pt

Exercice I (127)

Un spot publicitaire recommande sur les chaînes de Canal plus : « Pour votre santé, évitez de manger trop gras, trop sucré et trop salé »

  1. En vous fondant sur vos connaissances en biochimie métaboliques, expliquez ce spot publicitaire. 2 pts
  2. Citez deux exemples de sucres. 1 pt
  3. Citez les différentes étapes de la glycolyse. 2 pts
  4. Quel est le devenir du pyruvate dans la glycolyse. 1 pt

Exercice II (128)

Leila, une étudiante de licence, a acheté des poulets flambés pour sa fête de Ramadan. Les corps gras des poulets renferment de l’acide palmitique (C16:0), l’acide stéarique (C18:0), l’acide oléique (C18:1n9), l’acide linoléique (C18:2n6) et l’acide α-linolénique (C18:3n3).

  1. Parmi les acides gras cités, lesquels sont des acides gras essentiels pour le poulet? 1 pt
  2. Parmi les acides gras cités, lesquels sont des acides gras essentiels pour l’homme ? 1pt
  3. Parmi les acides gras cités, lesquels sont majoritairement synthétisés par l’homme ? 1pt
  4. Qu’est qu’un acide gras essentiel ? 1pt
  5. Déterminer le bilan en ATP de β-oxydation de l’acide stéarique. 2 pts
  6. Comparer ce bilan avec le bilan en ATP formé de la glycolyse. 1 pt
  7. Citer les différentes étapes de la biosynthèse du cholestérol à partir de l’Acétyl-CoA. 2 pts

Métabolisme des glucides

Glycolyse

Le métabolisme des glucides comprend :

  • La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof)
  • La voie des pentoses-phosphates
  • La voie du 2,3-diphosphoglycéérate (2,3-DPG)
  • La Glycogénogenèse
  • La néoglucogenèse
  • La Glycogénolyse

Introduction

Le métabolisme des glucides comprend :

  • La glycolyse (ou voie d’Embden-Meyerhof)
  • La voie des pentoses-phosphates
  • La voie du 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG)
  • La Glycogénogenèse
  • La néoglucogenèse
  • La Glycogénolyse

Glycolyse (p. 129)

  • Métabolisme des glucides: glycolyse et autres voies associées.

Introduction (p. 130)

  • Le métabolisme des glucides comprend :

    • La glycolyse (Embden-Meyerhof)
    • La voie des pentoses-phosphates
    • La voie du 2,3-DPG
    • La Glycogénogenèse
    • La néoglucogenèse
    • La Glycogénolyse

  • La Glycolyse, la néoglucogenèse et les autres voies associées constituent le métabolisme global des glucides.

Glycolyse

La glycolyse ou voie D'emben-Meyeroff-Parnas: dégradations du glucose avec production d’ATP et de métabolites intermédiaires qui peuvent être repris dans d’autres séquences métaboliques. La glycolyse se déroule dans le cytosol.

La glycolyse est le processus indispensable qui prépare à la dégradation des glucides métabolisables, qui les conduit tous à un intermédiaire commun, le glycéraldéhyde-3-phosphate.

Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ -----> 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH

[Schéma: Glycolyse dans le cytosol]

Entrée du glucose dans la cellule

Le glucose ne peut pénétrer dans la cellule par simple diffusion.

Deux mécanismes d’entrée :

  • Transport facilité : 5 transporteurs membranaires de glucose appelés GLUT

  • GLUT 1 : au niveau des érythrocytes et des neurones,

  • GLUT 2 : au niveau des hépatocytes et des cellules β des îlots de Langerhans,

  • GLUT 3 : au niveau des neurones,

  • GLUT 4 : au niveau des cellules musculaire striées et des adipocytes,

  • GLUT 5 : au niveau des entéocytes et des spermatozoïdes.

  • Cotransport :

  • Consommation de l’énergie.

  • Transport contre le gradient c’est-à-dire d’un milieu à concentration faible en glucose vers l’intérieur de la cellule à concentration plus élevée en glucose.

  • Le glucose et le Na+ sont transportés dans le même sens et en même temps à travers la membrane. Ce type de transport intervient dans les cellules épithéliales, dans l’intestin, dans le rein, etc

[Schéma: Entrée du glucose dans la cellule]

La glycolyse aérobie

La glycolyse aérobie: • formation en présence d’oxygène de 2 ATP, de 2 NADH,H+ et 2 pyruvate. • phase indispensable à la formation du pyruvate et de sa conversion mitochondriale en Acétyl-CoA, carburant essentiel du cycle de Krebs. • une oxydation totale du glucose en CO2 et en H2O.

[Schéma: Glycolyse aérobie]

1. Glucose ➜➜ Fructose-1,6-bisphosphate

  • a) Glucose
  • b) Isomérisation
  • c) Fructose 1-6 di P

[Schéma: Étapes initiales de la glycolyse (Glucose → Fructose-1,6-bisphosphate)]

2. Formation de 2 Glyceraldéhyde-3-phosphate

  • a) Coupure d’1 Fructose 1,6-bisphosphate
  • b) Isomérisation

[Schéma: Formation de 2 Glyceraldéhyde-3-phosphate]

3. Conversion d’1 GA 3 P → 1,3 DG

[Schéma: Conversion de GA3P en 1,3-BPG]

4. Formation d’ATP

[Schéma: Formation d’ATP dans la glycolyse]

5. Formation de pyruvate et production d’un second ATP

  • a) Réarrangement intracellulaire
  • b) Enolisation (désydratation)
  • c) Formation du pyruvate

[Schéma: Formation de pyruvate et production d’un second ATP]

La glycolyse aérobique:

  • formation en présence d’oxygène de 2 ATP, de 2 NADH,H+ et 2 pyruvate.
  • phase indispensable à la formation du pyruvate et de sa conversion mitochondriale en Acétyl-CoA, carburant essentiel du cycle de Krebs.
  • une oxydation totale du glucose en CO2 et en H2O.

[Schéma: Glycolyse aérobique]

La glycolyse anaérobie et devenir du pyruvate

  • Formation en absence d’oxygène aussi 2 ATP, 2 NADH,H+ et 2 pyruvate.
  • Les réactions suivantes dépendent, à la fois, de l’équipement enzymatique de la cellule et de la disponibilité en oxygène.
  • Elles conduisent à la réoxydation du NADH,H+ avec une production finale :
    • Soit du lactate (fermentation lactique) : C’est ce système qui fournit de l’ATP aux cellules qui ne possèdent pas de mitochondries comme les globules rouges et aux cellules en hypoxie comme les muscles striés en contraction rapide.
    • Soit de l’éthanol (fermentation alcoolique).

[Image: Diapositive - La glycolyse anaérobie]

Devenir du pyruvate

Conditions :

  • La présence ou l'absence de l'oxygène dans l'environnement de la cellule
  • La situation énergétique de la cellule
  • L’équipement enzymatique dont la cellule va disposer pour oxyder le NADH,H+

[Image: Diapositive - Devenir du pyruvate]

OXYDATION DU PYRUVATE EN CO2

Elle se fait dans la mitochondrie.

  • Il est d’abord transformé par le complexe multi-enzymatique de la pyruvate déshydrogénase en acétyl-CoA.
    CH3-CO-COO- + HSCoA + NAD+ ⎯→ CH3-CO∼SCoA + CO2 + NADH,H+

[Image: Diapositive - OXYDATION DU PYRUVATE EN CO2]

OXYDATION DU PYRUVATE EN CO2 (suite)

L’oxydation complète de l’acétyl-CoA est réalisé dans le cycle de Krebs et s'accompagne de la formation de 3 NADH,H+, 1 FADH2 et de 1 GTP.
Nous allons le voir dans le cycle de Krebs. La réaction globale de l’oxydation de l’acétyl-CoA est :
CH3-CO∼SCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi ⎯→ 2 CO2 + HSCoA + 3 NADH,H+ + FADH2 + GTP

[Image: Diapositive - OXYDATION DU PYRUVATE EN CO2]

CARBOXYLATION DU PYRUVATE EN OXALOACETATE

En condition aérobie, le pyruvate, une fois transporté dans la mitochondrie, peut être transformé en oxaloacétate par la pyruvate carboxylase, une ligase allostérique, activée par l’acétyl-CoA. Cette enzyme utilise la biotine comme coenzyme.
CH3-CO-COO- + CO2 + ATP ⎯→ CH3-CO-CH2-COO- + ADP + Pi

[Image: Diapositive - CARBOXYLATION DU PYRUVATE EN OXALOACETATE]

TRANSFORMATION DU PYRUVATE EN ETHANOL

Cette transformation du pyruvate en éthanol se rencontre dans les levures qui ne possèdent pas de lactate déshydrogénase mais possèdent à la place une pyruvate décarboxylase (lyase). Le pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde par la pyruvate décarboxylase dont le coenzyme est la thiamine pyrophosphate (TPP). Cette réaction est irréversible.
CH3-CO-COO- ⎯→ CH3-CHO + CO2

[Image: Diapositive - TRANSFORMATION DU PYRUVATE EN ETHANOL]

TRANSFORMATION DU PYRUVATE EN ETHANOL (suite)

L'acétaldéhyde est réduit en alcool ou éthanol. La réaction est catalysée par l'alcool déshydrogénase avec consommation de NADH,H+ formé dans la glycolyse et régénération de NAD+.
CH3-CHO + NADH,H+ ←⎯→ CH3-CH2OH + NAD

[Image: Diapositive - TRANSFORMATION DU PYRUVATE EN ETHANOL]

Fermentation alcoolique

Glucose + 2 ADP + 2 Pi ⎯→ 2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP

[Image: Diapositive - Fermentation alcoolique]

REDUCTION DU PYRUVATE EN LACTATE

Conditions: Absence de mitochondries dans la cellule (cas des hématies), anaérobiose ou en conditions hypoxiques (tissu musculaire en contraction rapide)
CH3-CO-COO- + NADH,H+ ←⎯→ CH3-CHOH-COO- + NAD+

[Image: Diapositive - REDUCTION DU PYRUVATE EN LACTATE]

Bilan énergétique de la dégradation du glucose

  • Bilan de la glycolyse : formation théorique de 8 ATP
  • Bilan du catabolisme du pyruvate : formation de 3 ATP par molécule de pyruvate en théorie et donc de 6 ATP en théorie pour une molécule de glucose.
  • Bilan du cycle de Krebs : en théorie 12 ATP par molécule d’acétylcoenzyme A et donc en théorie 24 ATP pour une molécule de glucose.
  • Le bilan global théorique de la dégradation d’une molécule de glucose en aérobie est donc de 38 ATP qui ne sont pas immédiatement mobilisables car la majorité des ATP formés proviennent de la phosphorylation oxydative.

Les unités de glucose du glycogène ou de l'amidon

  • Les unités de glucose du glycogène ou de l'amidon sont transformées en glucose 1-phosphate sous l'action de la glycogène ou amidon phosphorylase.
  • Le glucose 1-phosphate est ensuite isomérisé en glucose 6-phosphate par la phosphoglucomutase.

[Image: schéma transformation glucose-1-phosphate -> glucose-6-phosphate]

Diholosides

  • Les diholosides ne peuvent entrer directement dans la voie de la glycolyse, ils doivent être d'abord hydrolysés en oses simples. Ceux-ci seront ensuite phosphorylés et canalisés vers la séquence glycolytique.

[Image: schéma des diholosides]

La voie des pentoses phosphates

  • La voie des pentoses phosphates (ou voie du phosphogluconate ou voie de Otto Warburg, Frank Dickens et Bernard Horecker) est une autre voie métabolique du glucose.

  • Pas de production d’ATP et NADH mais génération de NADPH. Indispensable aux réactions réductrices de biosynthèse (acides gras et des stéroïdes)

  • Reduit des espèces réactives de l'oxygène produites par la mitochondrie.

  • La production de pentoses, en particulier le ribose-5-phosphate utilisé pour la biosynthèse des coenzymes pyridiques (NAD+ et NADP+), des coenzymes flaviniques (FMN et FAD), du coenzyme A et pour la biosynthèse des nucléotides

  • la production d'érythrose-4-phosphate, précurseur d'acides aminés aromatiques

[Image: schéma voie des pentoses phosphates]

Dans le foie

  • Dans le foie, le fructose est principalement transformé en fructose 1-phosphate par la fructokinase. Celui-ci est clivé pour former de la dihydroxyacétonephosphate et du glycéraldéhyde. Ce dernier est phosphorylé en glycéraldéhyde 3-phosphate

[Image: schéma métabolisme du fructose dans le foie]

Voie des pentoses phosphates

  • la production de pentoses, en particulier le ribose-5-phosphate utilisé pour la biosynthèse des coenzymes pyridiques (NAD+ et NADP+), des coenzymes flaviniques (FMN et FAD), du coenzyme A et pour la biosynthèse des nucléotides
  • la production d'érythrose-4-phosphate, précurseur d'acides aminés aromatiques
  • la biosynthèse des nucléotides

[Image: schéma voie des pentoses phosphates]

Voie des pentoses phosphates

  • Cette voie : est une alternative à la glycolyse avec une finalité plus anabolique (biosynthèse) que catabolique (dégradation)
  • Existe chez tous les Eucaryotes et presque toutes les bactéries
  • est indépendante de l'oxygène (elle a lieu en aérobiose et en anaérobiose)
  • se déroule dans le cytoplasme chez la plupart des organismes et dans les plastes chez les plantes

La voie des pentoses phosphates en 3 parties

  • une partie oxydative (en vert - figure ci-dessous) : série de réactions qui oxydent le glucose-6P, réduisent le NADP+ en NADPH et aboutissent à la formation du ribulose-5-phosphate
  • une partie non oxydative (en violet) : réactions réversibles d'isomérisation et d'épimérisation
  • une partie non oxydative (en jaune) : réactions de transcétolisation et de transaldolisation (transfert de groupements contenant plusieurs carbones)

[Schéma: Voie des pentoses phosphates – schéma illustrant les 3 parties]

Le segment oxydatif

  • Le glucose 6-phosphate est transformé en ribulose 5-phosphate avec production de deux NADPH et d'un CO2

[Schéma: Segment oxydatif de la voie des pentoses phosphates]

Le segment non oxydatif

  • Ce segment débute par une interconversion (isomérisation et épimérisation) des pentoses phosphates.

[Schéma: Segment non oxydatif de la voie des pentoses phosphates]

SYNTHESE DU GLYCOGENE / Glycogénogenèse

La néoglucogenèse

  • formation de glucose à partir de précurseurs non glucidiques tels que le pyruvate, le lactate, le glycérol et la plupart des acides aminés

  • Chez les animaux supérieurs, elle se produit essentiellement dans le foie et, à un moindre degré dans le cortex rénal

  • Ses réactions sont les mêmes chez les animaux, les végétaux, les champignons et les micro-organismes

  • La néoglucogenèse est énergétiquement coûteuse

  • 2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O → glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+

[Schéma: Étapes de la néoglucogenèse – diagramme]

La néoglucogenèse (suite)

[Schéma: Étapes de conversion des pentoses phosphates]

Structure et Métabolisme des protéines

C. Protéines

[Image: Slide C. Protéines – bullets et caractéristiques]

Introduction

  • Les protéines sont des biomolécules composés de C, H, N et O.
  • Présence possible du S, P, Fe, Zn et Cu. Elles ont des PM élevés.
  • Unité de base : α-acides aminés.
  • 20 acides aminés
  • la liaison peptidique.
  • Autres liaisons: hydrogènes, forces de van der Waals

Classification

Composition chimique

  • Holoprotéines: Protamines, histones, gluténines, prolamines, albumines, globulines et scléroprotéines
  • Hétéroprotéines: Nucléoprotéines, lipoprotéines, glycoprotéines, phosphoprotéines, hémoprotéines, flavoprotéines et métaloprotéines (Fe, Cu, Ca, Mb, Zn)

Rôle biologique

  • Protéines fibreuses: Collagène, la kératine et scléroprotéines
  • Protéines globulaires: Hormones (insuline), les protéines motrices (myosine du muscle), les protéines de transport (hémoglobine), les protéines de l’immunité dans le sang des animaux vertébrés (immunoglobulines) et toutes les protéines principales de stockage (protéines de réserve) comme la glycinine du soja ou l’ovalbumine de l’œuf

Solubilité

  • Solubles dans les solutions salines: Globulines
  • Solubles dans l’eau: Albumines
  • Solubles dans les solutions alcools: Prolamines
  • Solubles dans les solutions acides ou alcalines: Gluténines

Composition chimique et acides aminés

  • Le carbone portant la fonction carboxylique acide est dit "0", donc le carbone suivant est le carbone alpha. Il porte la fonction amine NH2. Ce sont donc des acides aminés.
  • Il existe 20 AA naturels protéinogènes, combinés ou non soit entre eux, soit avec d'autres molécules.

Qualité nutritionnelle

  • Acide aminés essentiels
  • Besoins en acides aminés
  • Qualité des protéines

C. Protéines

Qualité nutritionnelle

  • Acide aminés essentiels: 9 pour l’adulte — Lys, Tryp, Val, Leu, Iso, Phe, Thr, Met, Hist
  • Cas conditionnellement essentiels: Gln, Arg

[Image: schéma D/L et zwitterion]

Propriété acido-basique

  • Un aa cristallisé, dissous dans l’eau se comporte comme un ion polaire ou zwitterion. La charge électrique du zwitterion est nulle. Le pH au point isoélectrique est appelé pHi.
  • Si pH < pI, la charge globale est positive.
  • Si pH > pI, la charge globale est négative.

[Image: schéma zwitterion et pHi]

La liaison peptidique

  • Les protéines sont des biopolymères formés par la condensation des acides aminés. La liaison qui unit 2 acides aminés consécutifs s'appelle la liaison peptidique.
  • [Schéma: Liaison peptidique]

Terminologie et classification

  • Peptides: enchaînement d'un nombre d'aminoacides inférieur à 50.
  • Oligopeptides: nombre d'aminoacides inférieur à 10 et de polypeptides pour un nombre supérieur à 10.
  • Protéines: enchaînement d'un nombre d'aminoacides au-delà de 50 doté d’activité biologique.
  • Classification: dipeptide, tripeptide, tetrapeptide, pentapeptide, etc.; Polypeptide

Résidu et nomenclature des peptides

  • Protéines : Un Aa engagé dans une liaison peptidique est appelé résidu.
  • La formule d’un peptide s’écrit de la gauche vers la droite, de l’Aa ayant son groupement NH2 libre, non engagé dans la liaison peptidique, vers l’Aa ayant son COOH libre:
    • extrémité NH2 ou Aa N terminal ou Aa NH2 terminal,
    • extrémité COOH ou C terminal ou Aa COOH terminal
  • Le peptide est nommé dans l’ordre de la séquence de ses composants en Aa.

Structure des peptides

Structure primaire

  • La structure d’un peptide ou d’une protéine est représentée par la composition et la séquence de ses Aa constitutifs.

Structure secondaire ou bidimensionnelle

  • La structure II décrit la conformation locale de la chaîne peptidique. 2 types de structure secondaires sont possibles.
    • l’hélice α: structure hélicoïdale stabilisée par des liaisons hydrogènes et des forces de van der Waals. Les R sont rejetés à l’extérieur de l’hélice.
    • la conformation β: plissement de la chaîne polypeptidique au niveau Cα, appartenant à 2 plans; le radical est situé perpendiculairement dans l’un des plans où se trouvent le carbonyle et dans l’autre le NH du même acide aminé. Les chaînes sont reliées entre elles par des liaisons hydrogènes. Toutes les liaisons peptidiques participent à ces liaisons hydrogènes. Les radicaux sont rejetés en dessous et au dessus du feuillet.

[Schéma: représentation de la conformation α et β]

C. Protéines

La structure tridimensionnelle

C‘est la conformation tridimensionnelle du complète du polypeptidique. Cette structure est stabilisé par des liaison hydrogène, des forces de van der Waals, ioniques. e réarrangement est spécifique du polypeptidique, la fonction du polypeptidique en dépend. Cette structure fait apparaître des motifs, des reliefs.

[Schéma: Structure tridimensionnelle des protéines]

Structure quaternaire

C’est l’association des sous unités des protéines polymériques, l’introduction d’éléments non protéique indispensable à l’activité biologique de la protéine.

[Schéma: Structure quaternaire des protéines]

02/11/2023

Introduction Structures

Structure primaire

Catabolisme des Acides aminés

  • Lieu FOIE +++
  • mécanismes:
    • Décarboxylation
    • Désaminations oxydatives
    • Désaminations non oxydatives
    • Transaminations
    • Cycle de l’urée

[Schéma: Introduction et Structure primaire]

02/11/2023

Les réactions de transamination

Les réactions de transamination, catalysées par des aminotransférases, 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 tandis que l'acide α-cétonique accepteur devient devient un acide α-aminé.

[Schéma: Transamination]

02/11/2023

[Image: Diaporama – La transamination et catabolisme des acides aminés]

Désamination oxydative

[Schéma: Désamination oxydative]

02/11/2023

La transamination

Les réactions de transamination, catalysées par les aminotransférases, 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 tandis que l'acide α-cétonique accepteur devient un acide α-aminé.

[Schéma: Transamination]

02/11/2023

Cycle de l’urée

[Schéma: Cycle de l’urée]

Biosynthèse des AAs

  • L’homme ne peut synthétiser que les AA non indispensables : Glu, Gln, Arg, Ser, Gly, Cys, Asp, Asn, Tyr, Ala, Pro.
  • L’alanine, l’aspartate et le glutamate jouent un rôle central dans le métabolisme des AA.
  • Leur métabolisme est étroitement associé aux intermédiaires du cycle de Krebs (pyruvate, l’oxaloacétate et l’α-cétoglutarate)

[Image: Cycle de l'urée]

  • Le glutamate est synthétisé dans les mitochondries à partir d’α-cétoglutarate et d’ammoniac libre. Il fournit les groupements amine indispensables aux biosynthèses de l’alanine et de l’aspartate.
  • La proline, unique iminoacide parmi les AA protéinogènes, est synthétisée à partir du glutamate. Après phosphorylation de ce dernier, la proline est produite en trois étapes à partir de glutamate semi aldéhyde.

[Image: Schéma: Voies de biosynthèse des AA]

  • La proline, unique iminoacide parmi les AA protéinogènes, est synthétisée à partir du glutamate.

  • Glutamine et asparagine sont produites à partir de leurs acides respectifs (Glu, Asp).

  • La sérine est produite en trois étapes à partir de 3-phosphoglycérate. La sérine sert à la synthèse de la glycine et de la cystéine. Par élimination du groupement hydroxyméthyle, la sérine peut être convertie en glycine. Cette réaction est réversible. La sérine entre dans les synthèses des phospholipides, des purines et de la cystéine.

[Image: Schéma: Biosynthèse des AAs – troisième volet]

  • L’arginine, dernier AA non essentiel, est produite à partir d’ornithine. Avec la citruline, l’ornithine fait partie des deux acides aminés non protéinogènes les plus importants.

[Image: Diagramme: Biosynthèse des AAs]

Travaux dirigés

Exercice I

    1. Définir la β-oxydation des acides gras
    1. Citez les différentes étapes de la β-oxydation des acides gras
    1. Compléter le tableau I
    1. Compléter le tableau pour le cas de la β-oxydation de l’acide margarique (C17:0) à 17 atomes de carbones
    1. Sachant que les molécules de NADH,H+, de FADH2, d’acétylCoA et de propionylCoA sont réoxydées en ATP, donnez le bilan en ATP de l’oxydation totale de l’acide margarique
    1. Comparez le bilan précédent avec celui de la glucolyse
    1. Quels sont les moyens pour réduire le taux de mauvais cholestérol dans l’organisme

[Image: Diagramme: Travaux dirigés – β-oxydation]

Travaux dirigés

Exercice II

Babalola, un étudiant de licence, étudie la composition biochimique et la valeur énergétique de l’huile de Lannea microcarpa. Il constate que cette huile renferme de l’acide stéarique (C18:0) et l’acide oléique (C18:1n9). L’huile est comestible et ne renferme pas de cholestérol.

    1. Pour chaque acide gras, calculer le nombre de tours d’hélices de Lynen formés lors de la β-oxydation.
    1. Déterminer le bilan énergétique de β-oxydation des acides gras de ces acides gras.
    1. Expliquer à votre condisciple, pourquoi l’analyse de l’huile n’a pas décelé la présence de cholestérol.
    1. Citer les différentes étapes de la biosynthèse du cholestérol à partir de l’Acétyl-CoA.

Exercice III

Zoenabou, une étudiante de NTA, prépare la Kermess des 72 h du nutritionniste. Pour ce faire elle se rend dans une boutique pour des achats de sardines et d’huiles.
Les conserves de sardines comportent l’étiquette « riches en acides gras omega 3 et omega 6 »

    1. Quels sont les rôles de ces acides gras dans l’organisme?
    1. Pourquoi ces acides gras sont-ils essentiels?
      Sur le bidon de 5L d’huile, il est mentionné « huile végétale sans cholestérol »
    1. Quels sont les effets néfastes du Cholestérol?
    1. Quels sont les effets bénéfiques du Cholestérol?
    1. Définir les termes suivants : bon cholestérol, mauvais cholestérol
    1. Commentez la mention « huile végétale sans cholestérol »

Exercice IV

Zoenabou, une étudiante de NTA, prépare la Kermess des 72 h du nutritionniste. Pour ce faire elle se rend dans une boutique pour des achats de sardines et d’huiles.
Les conserves de sardines comportent l’étiquette « riches en acides gras omega 3 et omega 6 »

    1. Quels sont les rôles de ces acides gras dans l’organisme?
    1. Pourquoi ces acides gras sont-ils essentiels?
      Sur le bidon de 5L d’huile, il est mentionné « huile végétale sans cholestérol »
    1. Quels sont les effets néfastes du Cholestérol?
    1. Quels sont les effets bénéfiques du Cholestérol?
    1. Définir les termes suivants : bon cholestérol, mauvais cholestérol
    1. Commentez la mention « huile végétale sans cholestérol »

Trouver la meilleure combinaison

Lors du transfert des acylCoA dans la mitochondrie, les acylCoA à nombres de carbones à supérieurs 12 effectuent le …. tandis que les acylCoA à nombres de carbones inférieurs à 12 effectuent le ….
A. Transfert simple
B. Cycle de Lynen
C. Cycle de Carnitine
Combinaisons proposées :

  • 1-A,B
  • 2-B,A
  • 3-A,C
  • 4-Néant
  • 5-C,A
  • 6-C,B
  • 7-B,C

Soit les acides aminés suivants

citrulline, histidine, proline, lysine, valine, arginine, méthionine, glycine, serine, asparagine, glutamine, tryptophane, ornithine, cystéine.

  1. Parmi les acides aminés suivants, lesquels sont essentiels pour l’homme ? ( 2 pts)
  2. Parmi les acides aminés suivants lesquels sont conditionnellement essentiels pour l’homme ? (2 pts)
  3. Parmi les acides aminés suivants lesquels sont soufrés ? (1 pt)
  4. Parmi les acides aminés suivants lesquels sont aromatiques ? (1 pt)
  5. Lesquels sont des acides α-aminés ? (2 pts)
  6. Qu’est-ce qu’un acide aminé conditionnellement essentiel ? (1 pt)

L’huile de palme

L’huile de palme renferme environ 45% d’acide oléique (C18 : 1n9), 30% d’acide palmitique (C16 : 0), 15% d’acide linoléique (C18 : 2n6) et 10% d’acide stéarique (C18 : 0).

    1. Parmi les acides gras cités, lesquels sont des acides gras essentiels pour l’homme ? Expliquer ? 1 pt
    1. Pourquoi les mammifères sont incapables de synthétiser les acides gras oméga 3 et oméga 6 ? 1 pt
    1. Parmi les quatre acides gras ci-dessus, lesquels sont majoritairement formés par l’organisme ? 1 pt
    1. Donnez l’équation bilan de la synthèse de l’acide palmitique. 2 pt

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