Transcript Cours n°2

Bioénergétique cellulaire
Métabolisme intégré et communication cellulaire
Plan
·
Métabolisme
Quelques rappels
Libération de l’énergie 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 l’apport alimentaire
Mécanismes de thermorégulation
Introduction à la communication cellulaire
Concepts généraux du métabolisme
1.
L ’ATP est la source universelle d ’énergie
2.
L ’ATP est généré par l ’oxydation de combustibles
métaboliques
3.
Le NADPH est le co-facteur majeur des réactions
biosynthétiques de réduction
4.
Le NAD+ est le co-facteur majeur des réactions d’oxydation
5.
Les voies de biosynthèse (anabolisme) et de dégradation
(catabolisme) sont presque toujours distinctes
6.
Les molécules biologiques sont construites à partir d ’un
nombre limité d ’unités de répétition
Métabolisme = ensemble des réactions chimiques
qui s’effectuent à l’intérieur des cellules.
comprend l’anabolisme et le catabolisme
Glucose
ADP + P
Energie
Energie
CO2 + H2O
exemple d’une
réaction catabolique
Protéines
ATP
X Acides Aminés
exemple d’une
réaction anabolique
I – Quelques Rappels
A.



L’énergie Cellulaire
« Rien ne se crée, rien ne se perd, tout
se transforme »
L’énergie 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


On mesure l’énergie en kilojoules (kJ)
ou en kilocalories (kcal).
1 kCal = 4,185 kJ
L’énergie 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.
B.

L’ATP : molécule
énergétique
L’ATP intervient dans
tous les processus
énergétique de la
cellule.
Hydrolyse de l’ATP

ATP + H2O  ADP + P
– 30,5 kJ/mol



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.
L’ATP intervient partout :
ATP = monnaie d’échange énergétique pour
toutes les formes de travail biologique
Contraction musculaire
Digestion
Transmission nerveuse
A.T.P.
Circulation
Sécrétions glandulaires
Production de tissu
C. Moyens de synthétiser de l’ATP


Très faible quantité d’ATP en réserve
dans l’organisme (85g max : énergie
suffisante pour un exercice de
quelques secondes).
Du fait que l’ATP ne peut être fourni
par voie sanguine ni par les tissus, il
doit être continuellement resynthétisé
dans la cellule.
1.

La Phosphocréatine= un réservoir d’énergie
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 d’un autre
composé : la créatine phosphate (PCr).


La concentration en PCr est environ 3 à 5
fois celle de l’ATP.
La PCr est considérée comme un réservoir
supplémentaire d’énergie. Si l’organisme
manque d’ATP, la PCr est là pour apporter
l’énergie immédiate à sa synthèse.
Resynthèse de l’ATP grâce à la
PCr
2.


La glycolyse : dégradation partielle du
glucose
(= voie d’Embden-Meyerhof)
= Série de réactions chimiques permettant
la resynthèse d’ATP anaérobie
Lieu : dans le cytoplasme de la cellule, en
dehors des mitochondries
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.
La glycolyse : étapes 1 à 5
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.
La glycolyse : étapes 6 à 10
En résumé :


La glycolyse
consomme 2 ATP
Elle permet la
resynthèse de 4 ATP

 bilan net : gain de 2
ATP
Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH
Formation d’acide lactique

Normalement, la cellule reçoit assez d’O2 pour
accepter les électrons et les H+



 très peu de formation d’acide lactique
A l’effort intense, quand les besoins énergétiques
surpassent l’apport, qu’il n’y a pas assez d’O2 ou
d’enzymes oxydatives, l’acide pyruvique est
transformé en acide lactique.
Cet acide lactique formé dans le muscle diffuse
alors dans le sang.


L’acide lactique n’est pas un déchet
métabolique.
C’est aussi une source d’énergie car il peut
être utilisé pour former reformer du glucose
(cycle de Cori : la néoglucogénèse)
Le cycle de Cori
3.



Les oxydations phosphorylantes
(= la respiration cellulaire)
Des atomes d’hydrogène sont continuellement
arrachés des substrats lors du métabolisme
énergétique.
Dans les mitochondries, des molécules
transporteuses retirent les électrons de
l’hydrogène, et les donnent à l’oxygène.
L’énergie libérée par ces transferts d’électrons est
alors mise en réserve dans l’ATP
Principe des Oxydations
Phosphorylantes
Substrat dégradé
2 H + + 2 eTransporteurs d’électrons
H2
2H+ +2e-
ATP
ATP
ATP
2 H2O

L’oxydation cellulaire n’est possible qu’à trois
conditions

il faut des transporteurs d’électrons
suffisamment d’O2, (dernier accepteur d’e- et d’H+)

assez d’enzymes pour catalyser les réactions de transfert d’énergie



La fonction de l’oxygène est d’agir comme dernier
accepteur d’électrons sur la chaîne respiratoire et
de se combiner à l’hydrogène pour former de
l’eau.
Tout ce processus est appelé le métabolisme
aérobie.
II - Libération de l’énergie des
aliments

Les voies de dégradations sont différentes
en fonction des nutriments.
A.



Libération de l’énergie des glucides
La fonction principale des glucides est de
fournir de l'énergie propre au travail cellulaire
Les glucides sont les seuls nutriments dont
l’énergie peut être utilisée pour reformer de
l’ATP en anaérobiose
Au cours d’activités physiques légères et
modérées, les glucides comblent environ la
moitié des besoins énergétiques de
l’organisme.
Production d'énergie par Respiration
Matière organique + O2
Matière inorganique + H2O + Énergie
Tous les glucides peuvent se transformer en glucose.
Glucose = "carburant" dans la respiration cellulaire
1 glucose + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O + Énergie


La dégradation complète d’une mole de glucose
(180g) :
C6H1206 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 2880 kJ
Cette énergie est transférée à l’ADP (ATP).
1 mole d’ATP nécessite 30,5 kJ
Donc 2880 kJ  94 ATP en théorie
 36 ATP en réalité

Seulement 38% de l’énergie sont transférés à
l’ADP (le reste est perdu en chaleur).
Métabolisme des glucides
Glucides
alimentaires
(polysaccharides
disaccharides)
digestion et
absorption
Monosaccharides
(glucose, fructose,
galactose)
dans le sang
transformation
Glucose
dans le foie en
Principales réactions chimiques impliquant le glucose
a. oxydation du glucose
b. voie des pentoses
c. glycogénolyse et glycogénèse
d. néoglucogénèse
a. Oxydation du Glucose
= Réaction catabolique qui permet de produire de
l’ATP à partir de l’énergie libérée lors de la
dégradation du glucose.
Deux types de réactions cataboliques permettent de
dégrader le glucose:
1) respiration cellulaire
2) fermentation lactique

2 étapes dans la dégradation du glucose :


la glycolyse, qui divise le glucose en 2 acides
pyruviques (sans O2)  2 ATP
l’oxydation cellulaire, qui termine la
dégradation de l’acide pyruvique (chaîne
d’électrons, donc aérobie).
Fermentation lactique
Respiration cellulaire
Comparaison entre fermentation
lactique et respiration cellulaire
Type de réaction
catabolique
Respiration
cellulaire
Fermentation
lactique
Fréquence
la plus
fréquente
peu fréquente
(seulement
dans les
muscles striés)
Présence
d’O2
Déchets produits
Efficacité
oui
CO2 (facile
à excréter)
beaucoup
d’ATP
non
acide lactique
(produit plus difficile
à recycler ou
éliminer)
peu
d’ATP
Le cycle de Krebs

A l’issue de la glycolyse, l’acide pyruvique a 2
destinées possibles :
Acide lactique (s’il ne peut être oxydé)
 Cycle de Krebs

Le cycle de Krebs




dans la mitochondrie
comporte huit réactions enzymatiques décomposables en réactions
simples.
= 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.
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 CO2, assurant ainsi la
régénération de l'oxaloacétate (4 carbones)
Le cycle de Krebs (cycle de l’acide
citrique)
Trois étapes :
- étape 1 : préparation aux
décarboxylations de la
molécule à six carbones
- étape 2 : réactions de
décarboxylations
- étape 3 : régénération de
l'oxaloacétate qui
acceptera à nouveau un
acétyl-CoA.

1.
Se déroule dans la mitochondrie
Transition entre glycolyse et CK

2.
L’acide pyruvique, après être entré dans la
mitochondrie se combine avec la coenzymeA
 AcétylCoA (formation d’1 NADH + H+)
AcétylCoA entre dans le CK pour subir une
série de réactions chimiques qui aboutissent
à:



La production d’1 ATP
La formation de 3 NADH + H+
La formation d’1 FADH2
La formation de NADH + H+ et
FADH2



Coenzymes réduites (NAD+ et FAD)
Formées par l’extraction de H+ du cycle de
Krebs
Ces coenzymes vont ensuite déverser leur
e- dans la chaîne de transport des électrons
(oxydations phosphorylantes)
Phosphorylation oxydative
La chaîne respiratoire :
 dans la membrane interne mitochondriale
 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
Chaîne des transporteurs d’électrons

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.
• Les 2e- du NADH +
H+ entrent dans la
chaîne respiratoire au
niveau du complexe I
• Les 2e- du FADH2
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-
Chaîne des transporteurs
d’électrons

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.
Chaîne des transporteurs
d’électrons

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.
Bilan :

1 NADH + H+  3 ATP
1 FADH2
 2 ATP

Dans le cycle de Krebs :

3 NADH + H+
 9ATP
 1 FADH2
 2 ATP
 1 ATP
 TOTAL = 12 ATP

Dégradation complète du glucose





Glycolyse
2 NADH + H+ de glycolyse
Transport de ces NADH
2 Acides pyruviques (2 x 3ATP)
2 cycles de Krebs (12 x 2)
+ 2 ATP
+ 6 ATP
- 2 ATP
+ 6 ATP
+ 24 ATP
36 ATP
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
Métabolisme des glucides
c. Glycogénèse - Glycogénolyse
GLYCOGÉNÈSE: synthèse de glycogène à partir du glucose.
• dans le foie et dans les muscles
• lorsque excès de 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
Métabolisme des glucides
d. Néoglucogénèse
NEOGLUCOGÉNÈSE: Seul le glucose provenant du glycogène
hépatique peut être libéré dans le sang.
• s’effectue dans le foie
• lorsque manque de glucose
acide pyruvique ou
acide lactique
glucose
glycérol
acides aminés
B. Libération de l’énergie des lipides

la plus grande source d’énergie de
l’organisme (380-460MJ vs 8,4 kJ pour
les glucides).
g
Kcal
Glycogène hépatique
110
451
Glycogène musculaire
250
1025
Glucose sanguin
12
62
375
1538
Sous-cutanés
7800
70980
Intramusculaires
161
1465
7961
72445
Glucides
Total
Lipides
Total
Les sources d’acides gras
alimentaires et de réserve


Les triglycérides sont scindés en 1
molécule de glycérol et 3 AGL.
30 à 80% de l’énergie que l’on utilise
provient des lipides.


Le glycérol rentre dans la voie de l’acide
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.
Catabolisme des triglycérides
Oxydation des acides gras et du glycérol
Les acides gras sont d’excellents combustibles pour toutes les
cellules (un gramme de triglycérides produit deux fois plus d’ATP qu’un
gramme de glucides).
Le glycérol peut aussi
servir à produire un
peu d’ATP
Cycle de Krebs (2ème
étape de la respiration
cellulaire)


La dégradations des lipides est intimement
liée à la consommation d’O2 (-oxydation
impossible sans O2).
Au cours de la -oxydation, 147 ATP sont
formés, donc, pour 1 triglycéride, on
synthétise 463 ATP
-oxydation des
acides gras
(Hélice de Lynen)
Catabolisme des triglycérides
Cétogénèse
Dans certaines conditions, le foie effectue une dégradation incomplète des
acides gras.
CÉTOGÉNÈSE: production des corps cétoniques par le
foie.
Acides gras
dégradés
Corps cétoniques
Ex : acétone
Les corps cétoniques:
- peuvent être libérés dans le sang pour servir d’énergie à la
plupart des cellules.
- sont des substances acides qui peuvent provoquer une acidose
(lorsque leur concentration augmente dans le sang).
Métabolisme des lipides
Lipogénèse
LIPOGÉNÈSE: synthèse de triglycérides.
3 acides gras + glycérol → triglycéride
• dans le foie et le tissu adipeux
• à partir des triglycérides
alimentaires mais aussi … des excès
alimentaires de glucose et d’acides
aminés.
acides aminés
ou glucose
transformés
transformés
acides gras
glycérol
synthèse
triglycéride
de réserve
Métabolisme des lipides
Lipolyse
LIPOLYSE: dégradation de triglycérides.
triglycéride → 3 acides gras + glycérol
• dans le foie et le tissu adipeux
• Permet de libérer des acides gras et du
glycérol (source d’énergie pour les cellules)
transformés
triglycérides
transformés
acides gras
glycérol
Source d’énergie
pour les cellules
Métabolisme des lipides
Synthèse du cholestérol
• dans le foie
• synthèse du cholestérol à partir des
acides gras
80% du cholestérol présent dans le sang provient du cholestérol
synthétisé par le foie (cholestérol endogène)
acides gras
transformés
cholestérol
C. Libération de l’énergie des protéines


Les acides aminés (AA), pour libérer de
l’énergie, doivent être transformés.
La transamination consiste à enlever
l’azote des AA  acide glutaminique
 acide cétonique
Métabolisme des protéines
Protéines alimentaires
Digestion et
Absorption
Acides aminés dans le sang
PRINCIPALES RÉACTIONS CHIMIQUES IMPLIQUANT
LES PROTÉINES:
- oxydation des acides aminés
- désamination des acides aminés et synthèse de l’urée
- synthèse des protéines et protéolyse
Métabolisme des protéines :
désamination et synthèse de l’urée
Acides aminés
S’effectue
dans le foie
Désamination
NH3
Acides cétoniques
CO2
Synthèse
Urée
Attention : un acide
cétonique n’est pas un
corps cétonique
L’urée est un déchet qui
est libéré dans le sang et
ensuite excrété par les
reins dans l’urine.
Les acides aminés doivent être désaminés (on leur enlève
leur groupement amine et ils deviennent alors des acides cétoniques)
avant d’être utilisés comme source d’énergie.
Métabolisme des protéines :
oxydation des acides aminés
Les acides cétoniques (acides aminés désaminés) peuvent
être utilisés directement pour produire de l’énergie (rare):
S’effectue
dans le foie
Cycle de Krebs (2ème
étape de la respiration
cellulaire)
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)
Métabolisme des protéines :
Synthèse des protéines et protéolyse
Acides aminés
synthèse
• s’effectue 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
Synthèse des protéines
Protéines cellulaires
Protéines cellulaires
dégradation
Protéolyse : dégradation
des protéines cellulaires
Acides aminés
• s’effectue dans certaines
conditions (ex.: période de
jeûne, carence en acides
aminés essentiels).
Transaminations



Réactions 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

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.
Désamination et entrée dans le cycle
de Krebs

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 NH4+.

L’acide cétonique peut ensuite entrer dans le cycle de Krebs
Etat d’équilibre entre le catabolisme
et l’anabolisme
Etat d’équilibre entre le catabolisme
et l’anabolisme
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).
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 + Glycérol→Triglycérides
Etat post-prandial
Q. Que deviennent les monosaccharides absorbés dans le sang?
monosaccharides transformés
Les monosaccharides
alimentaires passent par le
foie en premier lieu.
glycogène
excès
Le glucose qui n’est
pas capté par le foie
est utilisé pour :
Lipogénèse
Glucose→Triglycérides
excès
Glycogénèse
Glucose→glycogène
Source d’Energie
la plupart des cellules
glucose
triglycérides
Etat post-prandial
Q. Que deviennent les acides aminés absorbés dans le sang?
Les acides aminés
alimentaires passent par le
foie en premier lieu.
Acides aminés
synthèse
désamination
source d’Energie
Acides cétoniques
La majeure partie
des acides aminés
est utilisée pour :
Protéines
plasmatiques
excès
triglycérides
Synthèse des protéines
Acides aminés→protéine
plupart
des cellules
Etat de Jeûne
= Période pendant laquelle le tube digestif est vide.
(il n’y a pas d’absorption de nutriments).
1) La glycémie doit être maintenue stable afin d’assurer
un apport constant en glucose pour les neurones (ils
ne peuvent utiliser que du glucose comme source d’énergie).
glycogène
Acides
aminés
glucose
glycérol
triglycérides
source du Glucose sanguin
= le foie
protéines
Acide pyruvique
Acide lactique
glucose
glycérol
glycogène
triglycérides
Etat de Jeûne
2) Epargne du glucose : la plupart des cellules utilisent des acides gras
et des corps cétoniques comme source d’énergie. Ceci permet
d’économiser le glucose et de s’assurer que les neurones en ont assez.
glycogène
triglycérides
glucose
Acides gras
Glycérol
Acides gras
triglyrérides
Corps cétoniques
Sources
d’énergie
source d’énergie
des neurones
Acides gras + glycérol
Corps cétoniques La plupart
des cellules
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 l’ammoniac en urée
4.
Stocke le glucose (glycogène) → régulation
glycémie
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
Rôle du foie dans le métabolisme des
glucides
1.
2.
Conversion du galactose et du fructose en glucose
Mise en réserve du glucose : glycogénèse lorsque
glycémie élevée, glycogénolyse et libération de glucose
sous l’influence des hormones
3.
Néoglucogénèse : conversion des acides aminés et
du glycérol en glucose si hypoglycémie
4.
Conversion du glucose en lipide pour stockage
Rôle du foie dans le métabolisme des
lipides
1.
2.
3.
Siège principal de la β-oxydation (= dégradation
des acides gras en acétyl CoA)
Conversion de l’acétyl CoA en excès en corps
cétoniques et libération pour les tissus
Stockage des lipides
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 l’acétyl CoA;
transformation du cholestérol en sels biliaires
(excrétés dans la bile)
Structure d’une lipoprotéine
Lipoprotéines du plasma
Composition des lipoprotéines du
plasma
Les apolipoprotéines du plasma
Fonctions essentielles des liprotéines
Fonctions essentielles des liprotéines

VLDL, IDL: fournir des
triglycérides, (= des AG)

LDL: fournir du
cholestérol aux tissus
qui ne peuvent en
synthétiser
suffisamment pour leurs
besoins
Rôle du foie dans le métabolisme des
protéines
1.
Désamination des acides aminés (pour
conversion en glucose ou synthèse d’ATP)
2.
Formation de l’urée avant son excrétion par le
rein; sinon (cirrhose, hépatite), accumulation
d’ammoniac dans le sang
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
Rôle du foie dans le stockage des
vitamines et des minéraux
1.
2.
3.
Stockage de la vitamine A (1 ou 2 ans de
réserve)
Stockage de vitamines D et B12 (3 à 5 ans de
réserve)
Stockage du fer sous forme de ferritine
(majeure partie du fer avec l’hémoglobine);
libération du fer dans le sang lorsque la
concentration baisse
Rôle du foie dans les réactions de
biotransformations
1.
2.
3.
Métabolisme des médicaments : synthèse de
produits inactifs pouvant être sécrétés par les
reins ou autre transformation
Transformation de la bilirubine (dégradation
des globules rouges) et excrétion de ce pigment
dans la bile
Métabolisme des hormones sanguines en
produits pouvant être excrétés dans l’urine
Plan
·
Métabolisme
Quelques rappels
Libération de l’énergie 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 l’apport alimentaire
Mécanismes de thermorégulation
Introduction à la communication cellulaire
Gestion des stocks énergétiques : Le glucose
Alimentation
En fonction des besoins énergétiques de
l’organisme, le glucose peut être:
• stocké (repas)
glucose
Intestin
• mobilisé pour produire de l’énergie (exercice)
• resynthétisé dans certains cas « extrêmes »
Exogène
Endogène
glycogène
Stockage (glycogénèse)
Glycémie
Glycogénolyse
Pyruvate
Néoglucogenèse
Lactate
Foie
Protéines
(AA)
Sang
Energie
Triglycérides
(glycérol)
GLYCEMIE (Approvisionnement/stockage): 2 hormones insuline - glucagon
Contrôle du glucose
• Insuline
 captation cellulaire
 la glycémie
Glucagon
 libération hépatique
glucose
 la glycémie
• Conversion en acides
gras (charge glucidique
importante)
Régulation de la glycémie
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
1) insuline: produite par les cellules bêta des îlots
2) glucagon: produite par les cellules alpha des îlots
Régulation de la glycémie

A chaque prise alimentaire :

Légère augmentation du taux
de glucose dans le sang (5mM
à 6,5mM)

Pic d’insuline dans le sang
(insulinémie) en même temps
Régulation de la glycémie
- Des signaux nerveux
- Des signaux hormonaux
- Des mécanismes
d’activation et d’inhibition
1. Régulation au niveau nerveux

Il y a une double innervation de l’îlot de Langerhans :
parasympathique + orthosympathique
Après un jeûne physiologique : sensation de faim intégrée au niveau
central = système nerveux orthosympathique prédominant


1.
Pendant le repas : activité du système parasympathique
Le système parasympathique
(=fibres du nerf vague de l’hypothalamus latéral + un relais par un
ganglion parasympathique)
Neurotransmetteur = acétylcholine
→ pic d’insulinémie.
1. Régulation au niveau nerveux
2. Le système orthosympathique : le noyau VMH
de l’hypothalamus est impliqué dans le phénomène de satiété.
VMH → nerf splanchnique → Acétylcholine (=premier
neurotransmetteur) → relais : ganglion mésentérique supérieur →
fibre orthosympathique → Noradrénaline (= deuxième
neurotransmetteur )
→ inhibition de la synthèse et de la libération d’insuline
→ libération de glucagon
2. Des signaux hormonaux
Cibles de l’insuline
et du glucagon
Rôles de l’insuline
après un
repas
Insuline = régulation de l’état
post-prandial
Rôles de l’insuline
Effet global
 mise en réserve de molécules énergétiques et
synthèse de protéines
Rôles du glucagon
Effet global
 libération massive de glucose par le foie,
 libération d’acides gras par le tissu adipeux
Effet global
 stimulation de l’utilisation par le muscle de son glycogène ainsi
que les acides gras fournis par le tissu adipeux
3. Régulations au niveau moléculaire
A. Mécanismes
intracellulaires de la
sécrétion d’insuline
dans la cellule β
GK = Glucokinase ;
G-6-P= glucose-6-phosphate; PP=
pentoses phosphates;
PLC= phospholipase C;
PIP2 = phosphatidyl4,5 biphosphate;
IP3 = inositol 1,4,5 triphosphate;
DAC= diacylglycérol;
PKC= protéine kinase C.
A. Mécanismes intracellulaires de la
sécrétion d’insuline dans la cellule β
Le glucose pénètre facilement dans la cellule
β grâce au transporteur de Glucose : Glut-2

Ce glucose est phosphorylé en G-6-P (glucose-6phosphate) pour :

→ La voie des pentoses phosphates
→ La glycolyse
Production d’ATP
A. Mécanismes intracellulaires de la
sécrétion d’insuline dans la cellule β

Elévation d’ATP intracellulaire
→ inhibition des canaux K-ATP dépendants
situés au niveau de la membrane de la cellule
→ dépolarisation
A. Mécanismes intracellulaires de la
sécrétion d’insuline dans la cellule β
Dépolarisation
 Ouverture de canaux Ca2+

→ augmentation du Ca2+ intracellulaire
→ Ca2+ se fixe sur la calmoduline
→ complexe qui entraîne la phosphorylation des
protéines du cytosquelette et des micro
filaments
→ migration des grains contenant l’insuline
vers la membrane de la cellule β
→ exocytose vers le sang.
A. Mécanismes intracellulaires de la
sécrétion d’insuline dans la cellule β

Réception d’informations mettant en jeu
les enzymes membranaires (phospholipase
C = PLC) → clivage de PIP2
(phospholipide membranaire) :
→ IP3 (second messager) → libération de
Ca2+ des organites → complexe calmoduline-Ca2+
→ exocytose de l’insuline

→ Diacylglycérol (DAG) → phosphorylation
au niveau du cytosquelette et des micro tubules →
augmentation de l’exocytose

B. Mécanismes intracellulaires inhibiteurs de
la sécrétion d’insuline dans la cellule β

Au niveau de la membrane plasmique, deux types de récepteurs
couplés à l’adénylate cyclase :
1.
Les récepteurs α2 adrénergiques : par une protéine « G » inhibitrice, il y a
diminution de l’adénylate cyclase → diminution d’AMPc → réduction de
l’exocytose
2.
Les récepteurs β adrénergiques (stimulés par la noradrénaline), sont couplés
à une protéine « G » excitatrice.
4. Interaction insuline - glucagon

Pour favoriser son action, l’insuline inhibe dans l’îlot,
par effet paracrine, les cellules à glucagon.

Quand la glycémie est revenue à la normale, le glucagon
ré-augmente et l’insuline diminue. Cette remontée de
glucagon favorise la reprise de la glycogénolyse
hépatique afin de maintenir la glycémie.

L’insuline est une hormone favorisant l’entrée de
glucose dans les tissus.
Mécanismes favorisant le stockage
du glucose dans les tissus adipeux
sous forme de triglycérides

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 l’entrée de glucose.
Mécanismes favorisant le stockage
du glucose dans les tissus adipeux
sous forme de triglycérides
B\ La dissociation du complexe hormone-récepteur.
Cette dissociation provoque l’internalisation des transporteurs
Glut4 (= transporteurs glucose insuline-dépendants)

→ L’absence d’insuline provoque la stagnation du glucose dans le milieu
périphérique.
Glut4 est aussi présent sur la membrane des fibres musculaires.
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
d’une diminution du Glut4 des tissus adipeux et musculaires
qui entraîne l’augmentation du glucose périphérique.
C’est le diabète de type 2.
5. Régulation Moléculaire
Glycogénèse- Glycogénolyse
6. Régulation Moléculaire
Mobilisation des AG dans les adipocytes
Résumé 1
Insuline et métabolisme des glucides
Si [glucose]sang >1,8 g/L
- le tube contourné proximal
n’arrive pas à réabsorber tout le
glucose : il reste dans la lumière
puis passe dans l’urine
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 l’énergie sous
l’action d’une enzyme (lipase)
hormono-sensible
Résumé 3
Insuline et métabolisme des protéines
Catabolisme des acides aminés
dans le foie
→ synthèse d’urée
→ augmentation d’urée urinaire
→ déshydratation cellulaire et perte
de potassium intracellulaire
→ mort cellulaire.
Les deux types de diabète sucré
A\ Le diabète de type I (insulino-dépendant ou
juvénile)
- apparaît généralement dans l’enfance
- cause: destruction des cellules bêta du pancréas entraînant
l’absence de production d’insuline.
- traitement: injection d’insuline tous les jours.
- fréquence: le plus rare des deux (10% des cas de diabète)
- conséquences:
. entraîne souvent de l’acidocétose ® coma et mort
. nombreuses complications vasculaires et nerveuses (cécité,
athérosclérose, ACV, infarctus du myocarde, gangrène, cataracte ).
Les deux types de diabète sucré
B\ Le diabète de type II (non-insulino-dépendant ou d’âge
adulte).
- apparaît généralement à l’âge adulte (après 40 ans)
- cause: ↓de la production d’insuline ou ↓ de la sensibilité
des cellules à l’insuline (insuffisance de Glut4). Ce type de diabète est presque
toujours associé à l’obésité (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 l’acidocétose
. moins graves que pour le diabète de type I
Les signes associés au diabète sucré
1) Hyperglycémie: glycémie plus élevée que
la normale
(manque d’insuline → 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
l’urine
(les reins excrètent du glucose dans l’urine parce qu’ils
ne peuvent pas réabsorber tout le glucose filtré)
Les signes associés au diabète sucré
3) Polyurie: production très abondante d’urine
(l’eau suit par osmose le glucose qui est excrété dans l’urine)
4) Polydipsie: soif excessive
(excrétion excessive d’urine → déshydratation → soif)
5) Polyphagie: ↑ de la consommation d’aliments
(pour compenser la ↓ de l’apport énergétique résultant de
l’incapacité à utiliser le glucose comme source d’énergie)
Trois signes
majeurs du
diabète sucré
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 d’énergie → ↑ utilisation des acides gras comme source d’énergie → ↑
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.
Les signes associés au diabète sucré
7) Haleine particulière (odeur d’acétone)
(une partie de l’excès d’acétone est excrétée dans l’air expiré)
8) Hyperventilation associée au coma diabétique
(l’organisme tente de compenser l’acidose en augmentant son
excrétion de CO2 )
Thermorégulation
Thermorégulation: processus permettant de maintenir la
température corporelle stable.
toute variation de la température
corporelle affecte l’activité des
enzymes.
Température orale
moyenne = 36,8 C
importance de maintenir
la température corporelle
stable
Au repos, les différentes régions du corps
n’ont 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 d’un individu en bonne santé varie
d’environ 1 °C en une journée (minimum le matin, maximum à
la fin de la journée).
Thermorégulation : gain et pertes de
chaleur
EQUILIBRE THERMIQUE SI:
GAINS = PERTES DE CHALEUR
Gain : Provient surtout de la chaleur produite par l’activité métabolique des
tissus:
Glucose + O2 → CO2 + H2 O + ATP + chaleur
- métabolisme basal: énergie dépensée (chaleur libérée) pour assurer les
fonctions essentielles comme la respiration, l’activité des organes au
repos.
- dépenses fonctionnelles: énergie dépensée (chaleur libérée) pour
permettre l’activité musculaire, la digestion des aliments, la défense
contre le froid ou la chaleur …
La thyroxine et l’adrénaline sont deux hormones qui ↑ le
métabolisme, donc ↑ la production de chaleur.
Mécanismes de pertes de chaleur
Convection (les courants
d’air) : 15 à 20 % des pertes
Pertes insensibles par la peau et
l’air expiré:
environ 10% des pertes minimales
de chaleur + Pertes par la sueur
Rayonnement (ondes infrarouges: transfert de chaleur à
l’air ambiant) :
50 % des pertes
↑ la thyroxine
↑ l’adrénaline
↑ le métabolisme
↑ la production de
chaleur
Les différents modes d’action des
hormones
Neurotransmetteurs et hormones n’agissent pas de la même façon :
le mode d’action sur les cellules cibles sera différent.
Deux familles de molécules informatives à mode d’action 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 d’un
système de reconnaissance capable de générer des effets dans la
cellule pour provoquer l’effet biologique souhaité.
- Les molécules lipophiles :
Ces molécules rentrent plus facilement dans la cellule cible et
vont agir rapidement sur la cible intracellulaire (récepteurs).
Les hormones
Hormones locales
Ex. les histamines,
les prostaglandines
Hormones circulantes
Ex. adrénaline,
testostérone,
oestrogènes, etc.
Les molécules hydrophiles
Les molécules hydrophiles
Une glande va sécréter un premier messager qui va agir sur la cellule
cible par l’intermédiaire d’un récepteur. Ce dernier n’est 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
d’un second messager.
Un récepteur est spécifique à une molécule. La formation du
couple messager/récepteur entraîne l’activation d’un système
de transduction qui peut stimuler une enzyme, un canal ionique
afin de provoquer une réponse intracellulaire.
Ici, c’est l’adénylyl-cyclase qui transforme l’ATP en AMPc.
Le second messager peut
être responsable d’un
système d’amplification :
une molécule d’adrénaline ou de
glucagon provoque la synthèse
de 100 molécules d’AMPc
→ deux AMPc par enzyme
activent une enzyme (protéinekinase A) qui active la
phosphorylase-kinase
→ très forte amplification
intracellulaire.
Les hormones lipophiles (stéroïdes
sexuels et surrénaliens)
Elles sont toutes dérivées du cholestérol
Les glucocorticoïdes (GC).
Les hormones lipophiles (stéroïdes
sexuels et surrénaliens)
Les glucocorticoïdes (GC).


Les glucocorticoïdes ont pour cible le noyau où ils effectuent une
régulation génique.
Comme le cytoplasme est hydrophile, ces GC ont besoin d’une
protéine réceptrice pour le transport dans le cytoplasme et de
protéines chaperons (HSP) au repos.
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 l’ADN.