Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

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Bioénergétique Bioénergétique cellulaire cellulaire bolisme intégré et communication cellul olisme intégré et communication cellul

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Bioénergétique Bioénergétique cellulairecellulaire

Métabolisme intégré et communication cellulaireMétabolisme intégré et communication cellulaire

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PlanPlanMétabolismeQuelques rappelsLibération 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 régulationRégulation de la glycémie

état post-prandial et état de jeûnediabète sucré

Régulation de l’apport alimentaireMécanismes de thermorégulation

Introduction à la communication cellulaire

·

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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

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Métabolisme = ensemble des réactions chimiques qui s’effectuent à

l’intérieur des cellules.

comprend l’anabolisme et le catabolisme

Glucose

Energie

CO2 + H2O

ADP + P

Energie

ATP

Protéines

X Acides Aminés

exemple d’uneréaction catabolique

exemple d’uneréaction anabolique

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I – Quelques RappelsI – Quelques Rappels

A.A. L’énergie CellulaireL’énergie Cellulaire « Rien ne se crée, rien ne se perd, « Rien ne se crée, rien ne se perd,

tout se transforme »tout se transforme » L’énergie que nous utilisons est L’énergie que nous utilisons est

stockée dans les aliments (GPL)stockée dans les aliments (GPL) Ces composants de base peuvent Ces composants de base peuvent

être dégradés dans nos cellules et être dégradés dans nos cellules et libèrent ainsi l'énergie stockéelibèrent ainsi l'énergie stockée

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On mesure l’énergie en kilojoules On mesure l’énergie en kilojoules (kJ) ou en kilocalories (kcal). (kJ) ou en kilocalories (kcal).

1 kCal = 4,185 kJ1 kCal = 4,185 kJ

L’énergie des aliments est libérée L’énergie des aliments est libérée sous forme chimique à l'intérieur sous forme chimique à l'intérieur de nos cellules et est stockée sous de nos cellules et est stockée sous la forme d'un composé à haute la forme d'un composé à haute énergie, appelé énergie, appelé ATPATP. .

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B.B. L’ATP : L’ATP : molécule molécule énergétiqueénergétique

L’ATP intervient L’ATP intervient dans tous les dans tous les processus processus énergétique de la énergétique de la cellule.cellule.

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Hydrolyse de l’ATPHydrolyse de l’ATP

ATP + HATP + H22O O ADP ADP + P + P – 30,5 kJ/mol– 30,5 kJ/mol

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L'énergie libérée au cours de la scission L'énergie libérée au cours de la scission de l'ATP est transférée directement à de l'ATP est transférée directement à d'autres molécules qui en font la d'autres molécules qui en font la demande.demande.

La dégradation de la molécule d'ATP a La dégradation de la molécule d'ATP a lieu en présence ou en l'absence lieu en présence ou en l'absence d'oxygène. C'est une réaction d'oxygène. C'est une réaction immédiate.immédiate.

L’ATP intervient partout :L’ATP intervient partout :

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ATP = monnaie d’échange énergétique pour toutes les formes

de travail biologique

A.T.P.

Digestion

Contraction musculaire

Transmission nerveuse

Circulation

Production de tissuSécrétions glandulaires

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C.C. Moyens de synthétiser de Moyens de synthétiser de l’ATP l’ATP

Très faible quantité d’ATP en Très faible quantité d’ATP en réserve dans l’organisme (85g réserve dans l’organisme (85g max : énergie suffisante pour un max : énergie suffisante pour un exercice de quelques secondes).exercice de quelques secondes).

Du fait que l’ATP ne peut être Du fait que l’ATP ne peut être fourni par voie sanguine ni par les fourni par voie sanguine ni par les tissus, il doit être continuellement tissus, il doit être continuellement resynthétisé dans la cellule.resynthétisé dans la cellule.

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1.1. La Phosphocréatine= un réservoir La Phosphocréatine= un réservoir d’énergie disponibled’énergie disponible

Une partie de l'énergie nécessaire à la Une partie de l'énergie nécessaire à la reconstruction de l'ATP est fournie reconstruction de l'ATP est fournie directement et rapidement par le directement et rapidement par le transfert anaérobietransfert anaérobie d'énergie d'énergie chimique d’un autre composé : la chimique d’un autre composé : la créatine phosphate (PCr).créatine phosphate (PCr).

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La concentration en PCr est environ 3 La concentration en PCr est environ 3 à 5 fois celle de l’ATP. à 5 fois celle de l’ATP.

La La PCrPCr est considérée comme un est considérée comme un réservoir supplémentaire réservoir supplémentaire d’énergied’énergie. Si l’organisme manque . Si l’organisme manque d’ATP, la PCr est là pour apporter d’ATP, la PCr est là pour apporter l’énergie immédiate à sa synthèse. l’énergie immédiate à sa synthèse.

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Resynthèse de l’ATP Resynthèse de l’ATP grâce à la PCrgrâce à la PCr

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2.2. La glycolyse : dégradation La glycolyse : dégradation partielle du glucose partielle du glucose (= voie d’Embden-Meyerhof)

= Série de réactions chimiques = Série de réactions chimiques permettant la resynthèse d’ATP permettant la resynthèse d’ATP anaérobieanaérobie

Lieu : Lieu : dans le cytoplasmedans le cytoplasme de la de la cellule, en dehors des mitochondriescellule, en dehors des mitochondries

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GlycolyseGlycolyse

Phase préparatoirePhase préparatoire

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

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La glycolyse : étapes 1 à La glycolyse : étapes 1 à 55

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GlycolyseGlycolyse

Phase de remboursementPhase de remboursement

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

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La glycolyse : étapes 6 à La glycolyse : étapes 6 à 1010

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En résumé : En résumé :

La glycolyse La glycolyse consomme 2 ATPconsomme 2 ATP

Elle permet la Elle permet la resynthèse de 4 resynthèse de 4 ATPATP bilan net : gain bilan net : gain

de 2 ATPde 2 ATPGlucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH

 

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Formation d’acide Formation d’acide lactiquelactique

Normalement, la cellule reçoit assez d’ONormalement, la cellule reçoit assez d’O22 pour pour accepter les électrons et les Haccepter les électrons et les H++

très peu de formation d’acide lactiquetrès peu de formation d’acide lactique

A l’effort intense, quand les besoins A l’effort intense, quand les besoins énergétiques surpassent l’apport, qu’il n’y a pas énergétiques surpassent l’apport, qu’il n’y a pas assez d’Oassez d’O22 ou d’enzymes oxydatives, l’acide ou d’enzymes oxydatives, l’acide pyruvique est transformé en acide lactique.pyruvique est transformé en acide lactique.

Cet acide lactique formé dans le muscle diffuse Cet acide lactique formé dans le muscle diffuse

alors dans le sang. alors dans le sang.

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L’acide lactique n’est pas un déchet L’acide lactique n’est pas un déchet métabolique. métabolique.

C’est aussi une source d’énergie car il C’est aussi une source d’énergie car il peut être utilisé pour former reformer peut être utilisé pour former reformer du glucose (cycle de Cori : la du glucose (cycle de Cori : la néoglucogénèse)néoglucogénèse)

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Le cycle de CoriLe cycle de Cori

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3.3. Les oxydations phosphorylantes Les oxydations phosphorylantes

((= la respiration cellulaire= la respiration cellulaire)) Des atomes d’hydrogène sont Des atomes d’hydrogène sont

continuellement arrachés des substrats lors continuellement arrachés des substrats lors du métabolisme énergétique. du métabolisme énergétique.

Dans les mitochondries, des molécules Dans les mitochondries, des molécules transporteuses retirent les électrons de transporteuses retirent les électrons de l’hydrogène, et les donnent à l’oxygène. l’hydrogène, et les donnent à l’oxygène.

L’énergie libérée par ces transferts L’énergie libérée par ces transferts d’électrons est alors mise en réserve dans d’électrons est alors mise en réserve dans l’ATPl’ATP

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Principe des Oxydations Principe des Oxydations PhosphorylantesPhosphorylantes

Substrat dégradé

H2 2 H+ + 2 e-

2H+ +2e- 2 H2O

ATP

ATP

ATP

Tra

nspo

rteu

rs d

’éle

ctro

ns

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L’oxydation cellulaire n’est possible qu’à L’oxydation cellulaire n’est possible qu’à trois conditions trois conditions 

il faut des transporteurs d’électronsil faut des transporteurs d’électrons suffisamment d’Osuffisamment d’O22, (dernier accepteur d’e, (dernier accepteur d’e-- et d’H et d’H++)) assez d’enzymes pour catalyser les réactions de transfert assez d’enzymes pour catalyser les réactions de transfert

d’énergied’énergie

La fonction de l’oxygène est d’agir comme La fonction de l’oxygène est d’agir comme dernier accepteur d’électronsdernier accepteur d’électrons sur la chaîne sur la chaîne respiratoire et de se combiner à l’hydrogène respiratoire et de se combiner à l’hydrogène pour former de l’eau. pour former de l’eau.

Tout ce processus est appelé le Tout ce processus est appelé le métabolisme aérobiemétabolisme aérobie..

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II - II - Libération de l’énergie Libération de l’énergie des alimentsdes aliments

Les voies de dégradations sont Les voies de dégradations sont différentes en fonction des nutriments. différentes en fonction des nutriments.

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A.A. Libération de l’énergie des Libération de l’énergie des glucidesglucides

La fonction principale des glucides est de La fonction principale des glucides est de fournir de l'énergie propre au travail fournir de l'énergie propre au travail cellulairecellulaire

Les glucides sont les seuls nutriments dont Les glucides sont les seuls nutriments dont l’énergie peut être utilisée pour reformer de l’énergie peut être utilisée pour reformer de l’ATP en anaérobiosel’ATP en anaérobiose

Au cours d’activités physiques légères et Au cours d’activités physiques légères et modérées, les glucides comblent environ la modérées, les glucides comblent environ la moitié des besoins énergétiques de moitié des besoins énergétiques de l’organisme. l’organisme.

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1 glucose + 6 O26 CO2 + 6 H2O + Énergie

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

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La dégradation complète d’une mole de La dégradation complète d’une mole de glucose (180g) : glucose (180g) :

CC66HH12120066 + 6O + 6O22 6CO 6CO22 + 6H + 6H22O + O + 2880 kJ2880 kJ

Cette énergie est transférée à l’ADP (Cette énergie est transférée à l’ADP (ATP). ATP).

1 mole d’ATP nécessite 30,5 kJ 1 mole d’ATP nécessite 30,5 kJ Donc 2880 kJ Donc 2880 kJ 94 ATP 94 ATP en théorieen théorie

36 ATP en réalité36 ATP en réalité

Seulement 38% de l’énergie sont transférés Seulement 38% de l’énergie sont transférés à l’ADP (le reste est perdu en chaleur). à l’ADP (le reste est perdu en chaleur).

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Métabolisme des Métabolisme des glucidesglucides

Principales réactions chimiques impliquant Principales réactions chimiques impliquant le glucosele glucose

a. oxydation du glucoseb. voie des pentosesc. glycogénolyse et glycogénèsed. néoglucogénèse

transformationdans le foie en

Glucides alimentaires(polysacchari

desdisaccharides

)

Monosaccharides

(glucose, fructose,

galactose)dans le sang

Glucosedigestion etabsorption

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a. Oxydation du Glucosea. 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 cellulaire2) fermentation lactique

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2 étapes dans la dégradation du 2 étapes dans la dégradation du glucose :glucose :

la glycolyse, qui divise le glucose en 2 la glycolyse, qui divise le glucose en 2

acides pyruviques (sans Oacides pyruviques (sans O22) ) 2 ATP 2 ATP

l’oxydation cellulaire, qui termine la l’oxydation cellulaire, qui termine la

dégradation de l’acide pyruvique dégradation de l’acide pyruvique (chaîne d’électrons, donc aérobie). (chaîne d’électrons, donc aérobie).

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Fermentation lactiqueFermentation lactique

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Respiration cellulaireRespiration cellulaire

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Comparaison entre Comparaison entre fermentation lactique et fermentation lactique et

respiration cellulairerespiration cellulaire

Type de réactioncatabolique

Fréquence Présence d’O2

Déchets produits

Efficacité

RespirationRespiration

cellulairecellulairela plusfréquente ouioui

CO2 (facileà excréter)

beaucoupd’ATP

Fermentationlactique

peu fréquente(seulement dans les muscles striés)

nonnon

acide lactique(produit plus difficileà recycler ou éliminer)

peud’ATP

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Le cycle de KrebsLe cycle de Krebs

A l’issue de la glycolyse, l’acide A l’issue de la glycolyse, l’acide pyruvique a 2 destinées possibles : pyruvique a 2 destinées possibles : Acide lactique (s’il ne peut être oxydé)Acide lactique (s’il ne peut être oxydé) Cycle de KrebsCycle de Krebs

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Le cycle de KrebsLe cycle de Krebs dans la dans la mitochondriemitochondrie comporte comporte huit réactions enzymatiqueshuit réactions enzymatiques décomposables en décomposables en

réactions simplesréactions simples. . = étape finale du catabolisme oxydatif des = étape finale du catabolisme oxydatif des

carbohydrates, des acides gras et des acides aminés carbohydrates, des acides gras et des acides aminés assure la plus grande part des besoins énergétiques de assure la plus grande part des besoins énergétiques de

la cellule grâce à la formation de coenzymes réduitsla cellule grâce à la formation de coenzymes réduits qui qui seront réoxydés dans la chaîne respiratoire.seront réoxydés dans la chaîne respiratoire.

A chaque tour de cycle :A chaque tour de cycle :acétyl-CoA (2 carbones) + oxaloacétate (4 carbones) → acétyl-CoA (2 carbones) + oxaloacétate (4 carbones) →

citrate (6 carbones)citrate (6 carbones)

Puis : Puis : 2 carbones du citrate sont éliminés sous forme de CO2 carbones du citrate sont éliminés sous forme de CO22, ,

assurant ainsi la régénération de l'oxaloacétate (4 assurant ainsi la régénération de l'oxaloacétate (4 carbones)carbones)

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Le cycle de Krebs (cycle de Le cycle de Krebs (cycle de l’acide citrique)l’acide citrique)

Trois étapes : Trois étapes :

- - étape 1étape 1 : préparation : préparation aux décarboxylations aux décarboxylations de la molécule à six de la molécule à six carbones carbones

- - étape 2étape 2 : réactions de : réactions de décarboxylations décarboxylations

- - étape 3étape 3 : régénération : régénération de l'oxaloacétate qui de l'oxaloacétate qui acceptera à nouveau acceptera à nouveau un acétyl-CoA. un acétyl-CoA.

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Se déroule dans la mitochondrieSe déroule dans la mitochondrie

1.1. Transition entre glycolyse et CKTransition entre glycolyse et CK L’acide pyruvique, après être entré L’acide pyruvique, après être entré

dans la mitochondrie se combine dans la mitochondrie se combine avec la coenzymeA avec la coenzymeA AcétylCoA AcétylCoA (formation d’1 NADH + H(formation d’1 NADH + H++))

2.2. AcétylCoA entre dans le CK pour AcétylCoA entre dans le CK pour subir une série de réactions subir une série de réactions chimiques qui aboutissent à :chimiques qui aboutissent à :

La production d’1 ATPLa production d’1 ATP La formation de 3 NADH + HLa formation de 3 NADH + H++

La formation d’1 FADHLa formation d’1 FADH22

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La formation de NADH + La formation de NADH + HH++ et FADH et FADH22

Coenzymes réduites (NADCoenzymes réduites (NAD++ et FAD) et FAD)

Formées par l’extraction de HFormées par l’extraction de H++ du du cycle de Krebscycle de Krebs

Ces coenzymes vont ensuite déverser Ces coenzymes vont ensuite déverser leur eleur e-- dans la chaîne de transport des dans la chaîne de transport des électrons (oxydations phosphorylantes)électrons (oxydations phosphorylantes)

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Phosphorylation oxydativePhosphorylation oxydative

La chaîne respiratoire : La chaîne respiratoire : dans la membrane interne mitochondrialedans la membrane interne mitochondriale constituée de quatre complexes constituée de quatre complexes

protéiques :protéiques :complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase, complexe I : NADH-coenzyme Q oxydoréductase,

complexe II : succinate-coenzyme Q oxydoréductase, complexe II : succinate-coenzyme Q oxydoréductase,

complexe III : coenzyme Q- cytochrome c complexe III : coenzyme Q- cytochrome c oxydoréductase, oxydoréductase,

complexe IV : cytochrome c oxydase. complexe IV : cytochrome c oxydase.

Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des Le coenzyme Q (ubiquinone) et le cytochrome c sont des transporteurs mobiles de la chaîne respiratoiretransporteurs mobiles de la chaîne respiratoire

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Chaîne des transporteurs Chaîne des transporteurs d’électronsd’électrons

Le gradient électrochimique de HLe gradient électrochimique de H++ fournit l'énergie nécessaire fournit l'énergie nécessaire à la synthèse d'ATP (Energie utilisée par la à la synthèse d'ATP (Energie utilisée par la pompe à Hpompe à H++ = = complexe enzymatique ATP-synthasecomplexe 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.

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• 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-

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Chaîne des transporteurs Chaîne des transporteurs d’électronsd’électrons

Energie contenue dans le NADH et le FADH2 est Energie contenue dans le NADH et le FADH2 est convertie en ATP dans la mitochondrie :convertie en ATP dans la mitochondrie :

les coenzymes réduits mitochondriaux cèdent les coenzymes réduits mitochondriaux cèdent leurs deux électronsleurs deux électrons à un à un système de système de transporteurstransporteurs (= cascade de réactions d'oxydo- (= cascade de réactions d'oxydo-réductio) jusqu'à réductio) jusqu'à l'accepteur final, l'oxygènel'accepteur final, l'oxygène moléculaire.moléculaire.

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Chaîne des transporteurs Chaîne des transporteurs d’électronsd’électrons

La La membrane interne est imperméable aux ions Hmembrane interne est imperméable aux ions H++ : :

au cours de ce transfert électronique→ formation au cours de ce transfert électronique→ formation d'un d'un gradient de Hgradient de H++ de part et d'autre de cette de part et d'autre de cette membrane→ synthèse d'ATP par une réaction membrane→ synthèse d'ATP par une réaction catalysée par catalysée par l'ATP synthase mitochondrialel'ATP synthase mitochondriale..

Couplage de la respiration et la phosphorylation de Couplage de la respiration et la phosphorylation de l'ADP l'ADP viavia ce gradient de protons. ce gradient de protons.

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Bilan :Bilan :

1 NADH + H1 NADH + H++ 3 ATP 3 ATP 1 FADH1 FADH22 2 ATP 2 ATP

Dans le cycle de Krebs : Dans le cycle de Krebs : 3 NADH + H3 NADH + H+ + 9ATP 9ATP 1 FADH1 FADH22 2 ATP 2 ATP 1 ATP1 ATP TOTAL = 12 ATPTOTAL = 12 ATP

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Dégradation complète du Dégradation complète du glucoseglucose

GlycolyseGlycolyse + 2 ATP+ 2 ATP 2 NADH + H2 NADH + H++ de glycolyse de glycolyse + 6 ATP+ 6 ATP Transport de ces NADHTransport de ces NADH - 2 ATP- 2 ATP 2 Acides pyruviques (2 x 3ATP)2 Acides pyruviques (2 x 3ATP)+ 6 ATP+ 6 ATP 2 cycles de Krebs (12 x 2)2 cycles de Krebs (12 x 2) + 24 ATP+ 24 ATP

36 ATP36 ATP

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Métabolisme des glucidesMétabolisme des glucidesb. La voie des pentosesb. 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

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Métabolisme des glucidesMétabolisme des glucidesc. Glycogénèse - c. Glycogénèse - GlycogénolyseGlycogénolyse

• dans le foie et dans les muscles • lorsque excès de glucose

GLYCOGÉNÈSE: synthèse de glycogène à partir du glucose.

GLYCOGÉNOLYSE: dégradation du glycogène en glucose.

• dans le foie et dans les muscles : Seul le glucose provenant du glycogène hépatique peut être libéré dans le sang. • lorsque manque de glucose

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Métabolisme des glucidesMétabolisme des glucidesd. Néoglucogénèsed. Néoglucogénèse

• s’effectue dans le foie • lorsque manque de glucose

NEOGLUCOGÉNÈSE: Seul le glucose provenant du glycogène hépatique peut être libéré dans le sang.

acide pyruvique ou acide lactique

glucose

acides aminés

glycérol

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B.B. Libération de l’énergie des lipidesLibération de l’énergie des lipides

la plus grande source d’énergie de la plus grande source d’énergie de l’organisme (380-460MJ vs 8,4 kJ pour l’organisme (380-460MJ vs 8,4 kJ pour les glucides). les glucides).

  g Kcal

Glucides    

Glycogène hépatique 110 451

Glycogène musculaire 250 1025

Glucose sanguin 12 62

Total 375 1538

Lipides    

Sous-cutanés 7800 70980

Intramusculaires 161 1465

Total 7961 72445

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Les sources d’acides gras Les sources d’acides gras alimentaires et de réservealimentaires et de réserve

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Les triglycérides sont scindés en 1 Les triglycérides sont scindés en 1 molécule de glycérol et 3 AGL. molécule de glycérol et 3 AGL.

30 à 80% de l’énergie que l’on utilise 30 à 80% de l’énergie que l’on utilise provient des lipides. provient des lipides.

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Le glycérol rentre dans la voie de Le glycérol rentre dans la voie de l’acide pyruvique pour passer dans l’acide pyruvique pour passer dans le cycle de Krebs (1 glycérol le cycle de Krebs (1 glycérol 22ATP). 22ATP).

Les acides gras sont métabolisés en Les acides gras sont métabolisés en acétylCoA par la réaction de acétylCoA par la réaction de --oxydation. Ils rentrent aussi dans le oxydation. Ils rentrent aussi dans le cycle de Krebs. cycle de Krebs.

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Catabolisme des Catabolisme des triglycéridestriglycérides

Oxydation des acides gras et Oxydation des acides gras et du glycéroldu glycérolLes 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)

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La dégradations des lipides est La dégradations des lipides est intimement liée à la consommation intimement liée à la consommation d’Od’O22 ( (-oxydation impossible sans -oxydation impossible sans OO22). ).

Au cours de la Au cours de la -oxydation, 147 ATP -oxydation, 147 ATP sont formés, donc, pour 1 sont formés, donc, pour 1 triglycéride, on synthétise triglycéride, on synthétise 463 ATP463 ATP

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-oxydation des -oxydation des acides gras acides gras (Hélice de (Hélice de

Lynen)Lynen)

Page 61: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Catabolisme des Catabolisme des triglycéridestriglycéridesCétogénèseCétogénèse

Dans certaines conditions, le foie effectue une dégradation incomplète des acides gras.

Acides gras

Les corps cétoniques:- peuvent être libérés dans le sang pour servir d’énergie à la plupart des cellules.- sont des substances acides qui peuvent provoquer une acidose (lorsque leur concentration augmente dans le sang).

CÉTOGÉNÈSE: production des corps cétoniques par le foie.

Corps cétoniquesEx : acétone

dégradés

Page 62: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des lipidesMétabolisme des lipidesLipogénèseLipogénèse

• dans le foie et le tissu adipeux

LIPOGÉNÈSE: synthèse de triglycérides.

• à partir des triglycérides alimentaires mais aussi … des excès alimentaires de glucose et d’acides aminés.

3 acides gras + glycérol → triglycéride

acides aminés ou glucose

transformés

glycérol

triglycéridede réserve

acides gras

transformés

synthèse

Page 63: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des lipidesMétabolisme des lipidesLipolyseLipolyse

• dans le foie et le tissu adipeux

LIPOLYSE: dégradation de triglycérides.

• Permet de libérer des acides gras et duglycérol (source d’énergie pour les cellules)

transformés

triglycéride → 3 acides gras + glycérol

glycérol

triglycérides

acides gras

transformés

Source d’énergiepour les cellules

Page 64: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des lipidesMétabolisme des lipidesSynthèse du cholestérolSynthèse du cholestérol

• dans le foie• synthèse du cholestérol à partir des acides gras

cholestérol

acides gras

transformés

80% du cholestérol présent dans le sang provient du cholestérol synthétisé par le foie (cholestérol endogène)

Page 65: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

C.C. Libération de l’énergie des Libération de l’énergie des protéinesprotéines

Les acides aminés (AA), pour libérer de Les acides aminés (AA), pour libérer de l’énergie, doivent être transformés. l’énergie, doivent être transformés.

La transamination consiste à enlever La transamination consiste à enlever l’azote des AA l’azote des AA acide glutaminique acide glutaminique

acide cétoniqueacide cétonique

Page 66: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des Métabolisme des protéinesprotéines

PRINCIPALES RÉACTIONS CHIMIQUES IMPLIQUANT LES PROTÉINES:

- oxydation des acides aminés- désamination des acides aminés et synthèse de l’urée- synthèse des protéines et protéolyse

Protéines alimentaires Acides aminés dans le sangDigestion etAbsorption

Page 67: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des protéines : Métabolisme des protéines : désamination et synthèse désamination et synthèse

de l’uréede l’urée

Les acides aminés doivent être désaminés (on leur enlèveleur groupement amine et ils deviennent alors des acides cétoniques)avant d’être utilisés comme source d’énergie.

Acides cétoniquesAcides aminésDésamination

NH3 CO2

Urée

Attention : un acide cétonique n’est pas un corps cétonique

Synthèse

S’effectue dans le foie

L’urée est un déchet quiest libéré dans le sang etensuite excrété par lesreins dans l’urine.

Page 68: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des protéines : Métabolisme des protéines : oxydation des acides oxydation des acides

aminésaminés

Les acides cétoniques sont surtout utilisés pour produire:- du nouveau glucose (néoglucogénèse à partir des acides aminés)- des triglycérides (lipogénèse à partir des acides aminés en excès)

Les acides cétoniques (acides aminés désaminés) peuventêtre utilisés directement pour produire de l’énergie (rare):

Cycle de Krebs (2ème étape de la respiration cellulaire)

S’effectue dans le foie

Page 69: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Métabolisme des protéines : Métabolisme des protéines : Synthèse des protéines et Synthèse des protéines et

protéolyseprotéolyse

Synthèse des protéines

• 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

• s’effectue dans certainesconditions (ex.: période dejeûne, carence en acidesaminés essentiels).

Protéolyse : dégradation des protéines cellulaires

Acides aminés

Protéines cellulaires

Protéines cellulaires

Acides aminés

synthèse

dégradation

Page 70: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

TransaminationsTransaminations Réactions catalysées par des aminotransférases.Réactions catalysées par des aminotransférases. Assurent les Assurent les échanges d'azote entre les acides aminés et les échanges d'azote entre les acides aminés et les

acides acides αα -cétoniques -cétoniques : : l'acide aminé, donneur du groupement amine, devient un acide l'acide aminé, donneur du groupement amine, devient un acide αα--

cétonique cétonique l'acide l'acide αα-cétonique accepteur devient un acide -cétonique accepteur devient un acide αα-aminé. -aminé.

Les cellules contiennent des transaminases différentes, Les cellules contiennent des transaminases différentes, spécifiques de l'acide aminé donneur. La plupart utilise l' spécifiques de l'acide aminé donneur. La plupart utilise l' αα-cétoglutarate comme groupement accepteur d'amine. -cétoglutarate comme groupement accepteur d'amine. Il y a, alors, production de L-glutamate.Il y a, alors, production de L-glutamate.

Page 71: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Désamination et entrée Désamination et entrée dans le cycle de Krebsdans le cycle de Krebs

La réaction de désamination du L-glutamateLa réaction de désamination du L-glutamateLe L-glutamate, produit par les réactions de transamination, subit une Le L-glutamate, produit par les réactions de transamination, subit une désamination oxydative, (enzyme= L-glutamate déshydrogénase) qui désamination oxydative, (enzyme= L-glutamate déshydrogénase) qui éliminera finalement le groupement éliminera finalement le groupement αα-aminé sous forme de NH-aminé sous forme de NH44

++..

L’acide cétonique peut ensuite entrer dans le cycle de KrebsL’acide cétonique peut ensuite entrer dans le cycle de Krebs

Page 72: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat d’équilibre entre le Etat d’équilibre entre le catabolisme et l’anabolismecatabolisme et l’anabolisme

Page 73: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.
Page 74: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat d’équilibre entre le Etat d’équilibre entre le catabolisme et l’anabolismecatabolisme et l’anabolisme

Page 75: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat post-prandialEtat 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).

Page 76: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat post-prandialEtat post-prandial

Q. Que deviennent les triglycéridesalimentaires 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.

LipogénèseAcide gras + Glycérol→Triglycérides

Page 77: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat post-prandialEtat post-prandial

Les monosaccharides alimentaires passent par le foie en premier lieu.

Q. Que deviennent les monosaccharides absorbés dans le sang?

monosaccharides glucose

glycogènetriglycérides

transformés

excè

s excè

s

Le glucose qui n’estpas capté par le foieest utilisé pour :

GlycogénèseGlucose→glycogène

LipogénèseGlucose→Triglycérides

Source d’Energiela plupart des cellules

tran

sfér

és v

ers

excès

excès

Page 78: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat post-prandialEtat post-prandial

Les acides aminés alimentaires passent par le foie en premier lieu.

Q. Que deviennent les acides aminés absorbés dans le sang?

Acides aminés Protéines plasmatiques

Acides cétoniques

triglycérides

synthèse

désamination

tran

sfér

és v

ers

La majeure partie des acides aminésest utilisée pour :

Synthèse des protéinesAcides aminés→protéine

plupart des

cellules

source d’Energieexcès

Page 79: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat de JeûneEtat 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’assurerun apport constant en glucose pour les neurones (ilsne peuvent utiliser que du glucose comme source d’énergie).

glycogène

glycérol

glucose

triglycéridessource du Glucose source du Glucose sanguin sanguin = le foie= le foie

protéinesAcides aminés

glycogène

Acide pyruviqueAcide lactique

glucose

glycérol triglycérides

Page 80: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Etat de JeûneEtat de Jeûne

2) Epargne du glucose : la plupart des cellules utilisent des acides graset des corps cétoniques comme source d’énergie. Ceci permetd’économiser le glucose et de s’assurer que les neurones en ont assez.glycogène

Acides grasglucose

triglycérides

source d’énergiesource d’énergiedes neurones des neurones

Acides gras triglyrérides

La plupart des cellules

Corps cétoniques

Sources d’énergie

Acides gras + glycérolCorps cétoniques

Glycérol

Page 81: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie dans le Rôle du foie dans le métabolismemétabolisme

Fonctions métaboliques généralesFonctions métaboliques générales

1.1. Emballe les lipides permettant leur Emballe les lipides permettant leur transport et stockage (acides gras + transport et stockage (acides gras + triglycérides + cholestérol)triglycérides + cholestérol)

2.2. Synthétise les protéines plasmatiquesSynthétise les protéines plasmatiques

3.3. Synthétise les acides aminés (non Synthétise les acides aminés (non essentiels) et convertit l’ammoniac essentiels) et convertit l’ammoniac en uréeen urée

4.4. Stocke le glucose (glycogène) → Stocke le glucose (glycogène) → régulation glycémierégulation glycémie

Page 82: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie dans le Rôle du foie dans le métabolismemétabolisme

Fonctions métaboliques généralesFonctions métaboliques générales

5.5. Stocke certaines vitaminesStocke certaines vitamines

6.6. Préserve le fer (globules rouges usés)Préserve le fer (globules rouges usés)

7.7. Dégrade les hormonesDégrade les hormones

8.8. Détoxifie les substances telles que Détoxifie les substances telles que alcool et médicamentsalcool et médicaments

Page 83: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans le dans le métabolisme des métabolisme des glucidesglucides

1.1. Conversion du galactose et du fructose en Conversion du galactose et du fructose en glucoseglucose

2.2. Mise en réserve du glucose : glycogénèse lorsque Mise en réserve du glucose : glycogénèse lorsque glycémie élevée, glycogénolyse et libération de glycémie élevée, glycogénolyse et libération de glucose sous l’influence des hormonesglucose sous l’influence des hormones

3.3. Néoglucogénèse : conversion des Néoglucogénèse : conversion des acides aminés et du glycérol en acides aminés et du glycérol en glucose si hypoglycémieglucose si hypoglycémie

4.4. Conversion du glucose en lipide pour Conversion du glucose en lipide pour stockagestockage

Page 84: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans le dans le métabolisme des métabolisme des lipideslipides

1.1. Siège principal de la Siège principal de la ββ-oxydation (= -oxydation (= dégradation des acides gras en acétyl CoA)dégradation des acides gras en acétyl CoA)

2.2. Conversion de l’acétyl CoA en excès en Conversion de l’acétyl CoA en excès en corps cétoniques et libération pour les corps cétoniques et libération pour les tissustissus

3.3. Stockage des lipidesStockage des lipides

Page 85: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans le dans le métabolisme des métabolisme des lipideslipides

4.4. Formation des lipoprotéines pour Formation des lipoprotéines pour transport des lipides (A. gras, transport des lipides (A. gras, triglycérides, cholestérol)triglycérides, cholestérol)

5.5. Synthèse du cholestérol à partir de l’acétyl Synthèse du cholestérol à partir de l’acétyl CoA; transformation du cholestérol en sels CoA; transformation du cholestérol en sels biliaires (excrétés dans la bile)biliaires (excrétés dans la bile)

Page 86: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Structure d’une Structure d’une lipoprotéinelipoprotéine

Page 87: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Lipoprotéines du plasmaLipoprotéines du plasma

Page 88: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Composition des Composition des lipoprotéines du plasmalipoprotéines du plasma

Page 89: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Les apolipoprotéines du Les apolipoprotéines du plasmaplasma

Page 90: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Fonctions essentielles des Fonctions essentielles des liprotéinesliprotéines

Page 91: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Fonctions essentielles des Fonctions essentielles des liprotéinesliprotéines

VLDL, IDL: fournir des triglycérides, (= des AG)

LDL: fournir du cholestérol aux tissus qui ne peuvent en synthétiser suffisamment pour leurs besoins

Page 92: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans le dans le métabolisme des métabolisme des protéinesprotéines

1.1. Désamination des acides aminés (pour Désamination des acides aminés (pour conversion en glucose ou synthèse conversion en glucose ou synthèse d’ATP)d’ATP)

2.2. Formation de l’urée avant son excrétion Formation de l’urée avant son excrétion par le rein; sinon (cirrhose, hépatite), par le rein; sinon (cirrhose, hépatite), accumulation d’ammoniac dans le sangaccumulation d’ammoniac dans le sang

Page 93: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans le dans le métabolisme des métabolisme des protéinesprotéines

3.3. Formation des protéines plasmatiques Formation des protéines plasmatiques (sauf gammaglobulines); si diminution (sauf gammaglobulines); si diminution [protéines plasmatiques]→ mitose [protéines plasmatiques]→ mitose rapide des hépatocytes (volume du foie rapide des hépatocytes (volume du foie augmente) + synthèse accrueaugmente) + synthèse accrue

4.4. Transamination : interconversion des Transamination : interconversion des acides aminés non essentielsacides aminés non essentiels

Page 94: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans le dans le stockage des vitamines et stockage des vitamines et

des minérauxdes minéraux

1.1. Stockage de la vitamine A (1 ou 2 ans Stockage de la vitamine A (1 ou 2 ans de réserve)de réserve)

2.2. Stockage de vitamines D et BStockage de vitamines D et B1212 (3 à 5 (3 à 5 ans de réserve)ans de réserve)

3.3. Stockage du fer sous forme de Stockage du fer sous forme de ferritine (majeure partie du fer avec ferritine (majeure partie du fer avec l’hémoglobine); libération du fer dans l’hémoglobine); libération du fer dans le sang lorsque la concentration le sang lorsque la concentration baissebaisse

Page 95: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôle du foie Rôle du foie dans les dans les réactions de réactions de

biotransformationsbiotransformations

1.1. Métabolisme des médicaments : Métabolisme des médicaments : synthèse de produits inactifs pouvant synthèse de produits inactifs pouvant être sécrétés par les reins ou autre être sécrétés par les reins ou autre transformationtransformation

2.2. Transformation de la bilirubine Transformation de la bilirubine (dégradation des globules rouges) et (dégradation des globules rouges) et excrétion de ce pigment dans la bileexcrétion de ce pigment dans la bile

3.3. Métabolisme des hormones sanguines en Métabolisme des hormones sanguines en produits pouvant être excrétés dans produits pouvant être excrétés dans l’urinel’urine

Page 96: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

PlanPlanMétabolismeQuelques rappelsLibération 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 régulationRégulation de la glycémie

état post-prandial et état de jeûnediabète sucré

Régulation de l’apport alimentaireMécanismes de thermorégulation

Introduction à la communication cellulaire

·

Page 97: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Foie

Stockage (glycogénèse)Endogèneglycogène

Gestion des stocks énergétiques : Le glucose

Sang

Glycémie

Glycogénolyse

Lactate

Pyruvate

Néoglucogenèse

GLYCEMIE (Approvisionnement/stockage): 2 hormones insuline - glucagon

Alimentation

Energie

Protéines (AA)

Triglycérides (glycérol)

En fonction des besoins énergétiques de l’organisme, le glucose peut être:

• stocké (repas)

• mobilisé pour produire de l’énergie (exercice)

• resynthétisé dans certains cas « extrêmes »

Intestin

Exogène

glucose

Page 98: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

• Insuline captation cellulaire la glycémie

Glucagon libération hépatique glucose la glycémie

• Conversion en acides gras (charge glucidique importante)

Contrôle du glucose

Page 99: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Régulation de la Régulation de la glycémieglycémie

1) insuline: produite par les cellules bêta des îlots2) glucagon: produite par les cellules alpha des îlots

La glycémie est maintenue normale [3,9 - 6,1 mmol/L]

par les hormones sécrétées par la portion endocrine du pancréas = les îlots de Langerhans

Page 100: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Régulation de la Régulation de la glycémieglycémie

A chaque prise A chaque prise alimentaire :alimentaire :

Légère augmentation Légère augmentation du taux de glucose dans du taux de glucose dans le sang (5mM à 6,5mM)le sang (5mM à 6,5mM)

Pic d’insuline dans le Pic d’insuline dans le sang (insulinémie) en sang (insulinémie) en même tempsmême temps

Page 101: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Régulation de la glycémie

- Des signaux nerveux

- Des signaux hormonaux

- Des mécanismes d’activation et d’inhibition

Page 102: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

1. Régulation au niveau 1. Régulation au niveau nerveuxnerveux

1.1. Le Le système parasympathiquesystème parasympathique (=fibres du nerf vague de l’hypothalamus latéral + (=fibres du nerf vague de l’hypothalamus latéral +

un relais par un ganglion parasympathique)un relais par un ganglion parasympathique)

Neurotransmetteur = acétylcholineNeurotransmetteur = acétylcholine

→ → pic d’insulinémie. pic d’insulinémie.

Il y a une double innervation de l’îlot de Il y a une double innervation de l’îlot de Langerhans : Langerhans :

parasympathique + orthosympathiqueparasympathique + orthosympathique

Après un jeûne physiologique : sensation de faim Après un jeûne physiologique : sensation de faim intégrée au niveau central = système nerveux intégrée au niveau central = système nerveux orthosympathique prédominant orthosympathique prédominant

Pendant le repas : activité du système Pendant le repas : activité du système parasympathique parasympathique

Page 103: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

1. Régulation au niveau 1. Régulation au niveau nerveuxnerveux

VMH → nerf splanchnique → Acétylcholine VMH → nerf splanchnique → Acétylcholine (=premier neurotransmetteur) → relais : ganglion (=premier neurotransmetteur) → relais : ganglion mésentérique supérieur → mésentérique supérieur → fibre orthosympathiquefibre orthosympathique → → NoradrénalineNoradrénaline (= deuxième neurotransmetteur ) (= deuxième neurotransmetteur )

→ → inhibition de la synthèse et de la libération inhibition de la synthèse et de la libération d’insulined’insuline→ → libération de glucagonlibération de glucagon

2. 2. Le Le système orthosympathiquesystème orthosympathique : : le le noyau VMHnoyau VMH de l’hypothalamus est impliqué de l’hypothalamus est impliqué dans le phénomène de satiété. dans le phénomène de satiété.

Page 104: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

2. Des signaux hormonaux2. Des signaux hormonaux

Cibles de Cibles de l’insuline et du l’insuline et du glucagonglucagon

Page 105: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôles de l’insulineRôles de l’insulineaprès unrepas

Insuline = régulation de l’état post-prandial

Page 106: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôles de l’insulineRôles de l’insulineEffet global mise en réserve de molécules

énergétiques et synthèse de protéines

Page 107: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Rôles du glucagonRôles du glucagonEffet global libération massive de glucose par le foie, libération d’acides gras par le tissu adipeux

Page 108: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Effet global stimulation de l’utilisation par le muscle de son

glycogène ainsi que les acides gras fournis par le tissu adipeux

Page 109: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

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.

Page 110: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion d’insuline dans

la cellule β Le glucose pénètreLe glucose pénètre facilement dans facilement dans

la cellule la cellule ββ grâce au grâce au transporteur de transporteur de Glucose : Glut-2Glucose : Glut-2

Production d’ATP

Ce glucose est phosphorylé en G-6-P Ce glucose est phosphorylé en G-6-P ((glucose-6-phosphate) pour : pour :

→ → La La voie des pentoses voie des pentoses phosphatesphosphates

→ → La La glycolyseglycolyse

Page 111: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion d’insuline dans

la cellule β Elévation d’ATP intracellulaireElévation d’ATP intracellulaire

→→ inhibition des canaux K-ATP inhibition des canaux K-ATP dépendants situés au niveau de la dépendants situés au niveau de la membrane de la cellule membrane de la cellule

→ → dépolarisationdépolarisation

Page 112: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion d’insuline dans

la cellule β DépolarisationDépolarisation

Ouverture de canaux CaOuverture de canaux Ca2+2+ → → augmentation du Caaugmentation du Ca2+2+ intracellulaire intracellulaire

→ → CaCa2+2+ se fixe sur la calmoduline se fixe sur la calmoduline

→ → complexe qui entraîne la complexe qui entraîne la phosphorylation des protéines du phosphorylation des protéines du cytosquelette et des micro filamentscytosquelette et des micro filaments

→ → migration des grains contenant migration des grains contenant l’insulinel’insuline vers la membrane de la vers la membrane de la cellule cellule ββ

→ → exocytose exocytose vers le vers le sangsang..

Page 113: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

A. Mécanismes intracellulaires de la sécrétion d’insuline dans

la cellule β Réception d’informations mettant en Réception d’informations mettant en

jeu les enzymes membranaires jeu les enzymes membranaires (phospholipase C = (phospholipase C = PLCPLC) ) → clivage → clivage de de PIPPIP2 2 (phospholipide membranaire) : (phospholipide membranaire) :

→ → IP3 IP3 ((second messagersecond messager) → ) → libération de Calibération de Ca2+2+ des organites → des organites → complexe calmoduline-Cacomplexe calmoduline-Ca2+2+ → → exocytose de l’insulineexocytose de l’insuline

→ → Diacylglycérol Diacylglycérol (DAG) → (DAG) → phosphorylation au niveau du phosphorylation au niveau du cytosquelette et des micro tubules → cytosquelette et des micro tubules → augmentation de l’exocytoseaugmentation de l’exocytose

Page 114: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

B. Mécanismes intracellulaires inhibiteurs de la sécrétion d’insuline dans la cellule β

Au niveau de la membrane plasmique, deux Au niveau de la membrane plasmique, deux types de récepteurs couplés à l’adénylate types de récepteurs couplés à l’adénylate cyclase :cyclase :

1.1. Les récepteurs Les récepteurs αα22 adrénergiques : par une protéine « G » adrénergiques : par une protéine « G » inhibitrice, il y a diminution de l’adénylate cyclase → inhibitrice, il y a diminution de l’adénylate cyclase → diminution d’AMPc → réduction de l’exocytosediminution d’AMPc → réduction de l’exocytose

2.2. Les récepteurs Les récepteurs ββ adrénergiques (stimulés par la adrénergiques (stimulés par la noradrénaline), sont couplés à une protéine « G » noradrénaline), sont couplés à une protéine « G » excitatrice. excitatrice.

Page 115: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

4. Interaction insuline - glucagon

Pour favoriser son action, l’insuline inhibe dans Pour favoriser son action, l’insuline inhibe dans l’îlot, par effet paracrine, les cellules à l’îlot, par effet paracrine, les cellules à glucagon.glucagon.

Quand la glycémie est revenue à la normale, le Quand la glycémie est revenue à la normale, le glucagon ré-augmente et l’insuline diminue. glucagon ré-augmente et l’insuline diminue. Cette remontée de glucagon favorise la reprise Cette remontée de glucagon favorise la reprise de la glycogénolyse hépatique afin de maintenir de la glycogénolyse hépatique afin de maintenir la glycémie.la glycémie.

L’insuline est une hormone favorisant l’entrée L’insuline est une hormone favorisant l’entrée de glucose dans les tissus.de glucose dans les tissus.

Page 116: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Mécanismes favorisant le stockage du glucose dans

les tissus adipeux sous forme de triglycérides

A/ Pénétration du glucoseA/ Pénétration du glucoseRécepteurs à insuline sur la membrane → complexe hormone-Récepteurs à insuline sur la membrane → complexe hormone-

récepteur → signal vers les transporteurs glucose (Glut4) en récepteur → signal vers les transporteurs glucose (Glut4) en réserve.réserve.

Les transporteurs Glut4 sont transloqués vers la Les transporteurs Glut4 sont transloqués vers la membrane plasmique et permettent l’entrée de membrane plasmique et permettent l’entrée de glucose.glucose.

Page 117: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Mécanismes favorisant le stockage du glucose dans

les tissus adipeux sous forme de triglycérides

B\ La dissociation du complexe hormone-récepteur.B\ La dissociation du complexe hormone-récepteur.

Cette dissociation provoque Cette dissociation provoque l’internalisation des l’internalisation des transporteurs Glut4transporteurs Glut4 (= transporteurs glucose (= transporteurs glucose insuline-dépendants)insuline-dépendants)

→ → L’absence d’insuline provoque la stagnation du glucose dans le L’absence d’insuline provoque la stagnation du glucose dans le milieu périphérique. milieu périphérique.

Glut4 est aussi présent sur la membrane des fibres Glut4 est aussi présent sur la membrane des fibres musculaires.musculaires.

Page 118: Bioénergétique cellulaire Métabolisme intégré et communication cellulaire.

Mécanismes favorisant le stockage du glucose dans les tissus adipeux sous forme de

triglycéridesC\ Pathologie.C\ Pathologie.

Certaines pathologies se manifestent par une Certaines pathologies se manifestent par une hyperglycémie à cause d’une diminution du hyperglycémie à cause d’une diminution du Glut4 des tissus adipeux et musculairesGlut4 des tissus adipeux et musculaires qui qui entraîne l’augmentation du glucose périphérique. entraîne l’augmentation du glucose périphérique.

C’est le C’est le diabète de type 2diabète de type 2..

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5. Régulation Moléculaire 5. Régulation Moléculaire Glycogénèse- GlycogénolyseGlycogénèse- Glycogénolyse

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6. Régulation Moléculaire 6. Régulation Moléculaire Mobilisation des AG dans les Mobilisation des AG dans les

adipocytesadipocytes

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Résumé 1Résumé 1Insuline et métabolisme Insuline et métabolisme

des glucidesdes 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

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Résumé 2Résumé 2Insuline et métabolisme des Insuline et métabolisme des

lipideslipides

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

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Résumé 3Résumé 3Insuline et métabolisme des Insuline et métabolisme des

protéinesprotéines

Catabolisme des acides aminés dans le foie→ synthèse d’urée → augmentation d’urée urinaire → déshydratation cellulaire et perte de potassium intracellulaire → mort cellulaire.

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Les deux types de Les deux types de diabète sucrédiabète sucré

A\ Le diabète de type I (insulino-dépendant ou A\ Le diabète de type I (insulino-dépendant ou juvénile)juvénile)

- apparaît généralement dans l’enfance- cause: destruction des cellules bêta du pancréas

entraînantl’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 ).

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Les deux types de Les deux types de diabète sucrédiabète sucré

B\ Le diabète de type II (non-insulino-dépendant B\ Le diabète de type II (non-insulino-dépendant ou d’âge adulte).ou d’âge adulte).

- apparaît généralement à l’âge adulte (après 40 ans)

- cause: ↓de la production d’insuline ou ↓ de la sensibilitédes cellules à l’insuline (insuffisance de Glut4)(insuffisance de Glut4). Ce type de diabète

est presquetoujours associé à l’obésité (hyperphagie → augmentation du hyperphagie → augmentation du

poidspoids)

- 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

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Les signes associés au Les signes associés au diabète sucrédiabète 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)

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Les signes associés au Les signes associés au diabète sucrédiabète 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 signesmajeurs dudiabète sucré

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Les signes associés au Les signes associés au diabète sucrédiabète 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.

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Les signes associés au Les signes associés au diabète sucrédiabète 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 )

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ThermorégulationThermorégulationThermorégulation: processus permettant de

maintenir la température corporelle stable.

Température oralemoyenne = 36,8 C

importance de maintenirla température corporellestable

toute variation de la température corporelle affecte l’activité des enzymes.

Au repos, les différentes régions du corpsn’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).

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Thermorégulation : gain et Thermorégulation : gain et pertes de chaleurpertes de 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 …

Gain : Provient surtout de la chaleur produite par l’activité métabolique des tissus:Glucose + O2 → CO2 + H2 O + ATP + chaleur

La thyroxine et l’adrénaline sont deux hormones qui ↑ le métabolisme, donc ↑ la production de chaleur.

EQUILIBRE THERMIQUE SI: GAINS = PERTES DE CHALEUR

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Mécanismes de pertes de Mécanismes de pertes de chaleurchaleur

Pertes insensibles par la peau et l’air expiré: environ 10% des pertes minimales de chaleur + Pertes par la sueur

Convection (les courants d’air) : 15 à 20 % des pertes

Rayonnement (ondes infra-rouges: transfert de chaleur à l’air ambiant) : 50 % des pertes

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↑ le métabolisme

↑ la thyroxine ↑ l’adrénaline

↑ la production de chaleur

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Les différents modes Les différents modes d’action des hormonesd’action des hormones

Neurotransmetteurs et hormones n’agissent pas de la Neurotransmetteurs et hormones n’agissent pas de la même façon : le mode d’action sur les cellules cibles même façon : le mode d’action sur les cellules cibles sera différent.sera différent.

Deux familles de molécules informatives à mode d’action Deux familles de molécules informatives à mode d’action différent:différent:

- Les molécules hydrophiles :- Les molécules hydrophiles :Quand il y a contact avec la membrane plasmique de la Quand il y a contact avec la membrane plasmique de la cellule cible, ces molécules ne rentrent pas ; elles ont cellule cible, ces molécules ne rentrent pas ; elles ont besoin d’un système de reconnaissance capable de besoin d’un système de reconnaissance capable de générer des effets dans la cellule pour provoquer l’effet générer des effets dans la cellule pour provoquer l’effet biologique souhaité.biologique souhaité.

- Les molécules lipophiles :- Les molécules lipophiles :Ces molécules rentrent plus facilement dans la cellule Ces molécules rentrent plus facilement dans la cellule cible et vont agir rapidement sur la cible intracellulaire cible et vont agir rapidement sur la cible intracellulaire (récepteurs).(récepteurs).

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Les hormonesLes hormones

Hormones locales Hormones circulantes

Ex. les histamines,les prostaglandines

Ex. adrénaline, testostérone, oestrogènes, etc.

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Les molécules hydrophilesLes molécules hydrophiles

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Les molécules hydrophilesLes molécules hydrophiles

Une glande va sécréter un premier messager qui va agir sur Une glande va sécréter un premier messager qui va agir sur la cellule cible par l’intermédiaire d’un récepteur. Ce la cellule cible par l’intermédiaire d’un récepteur. Ce dernier n’est pas capable de générer un effet biologique dernier n’est pas capable de générer un effet biologique dans la cellule. Le récepteur va récupérer le signal dans la cellule. Le récepteur va récupérer le signal extérieur, sa liaison avec le messager primaire va activer extérieur, sa liaison avec le messager primaire va activer une enzyme permettant la synthèse d’un second une enzyme permettant la synthèse d’un second messager.messager.

Un Un récepteur estrécepteur est spécifique spécifique à une molécule. La à une molécule. La formation du couple messager/récepteurformation du couple messager/récepteur entraîne entraîne l’activation d’un système de transduction qui peut l’activation d’un système de transduction qui peut stimuler une enzyme, un canal ionique afin de provoquer stimuler une enzyme, un canal ionique afin de provoquer une réponse intracellulaire.une réponse intracellulaire.Ici, c’est l’adénylyl-cyclase qui transforme l’ATP en AMPc. Ici, c’est l’adénylyl-cyclase qui transforme l’ATP en AMPc.

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Le second messager Le second messager peut être peut être responsable d’un responsable d’un système système d’amplification : d’amplification :

une molécule d’adrénaline une molécule d’adrénaline ou de glucagon provoque ou de glucagon provoque la synthèse de 100 la synthèse de 100 molécules d’AMPc molécules d’AMPc

→ → deux AMPc par enzyme deux AMPc par enzyme activent une enzyme activent une enzyme (protéine-kinase A) qui (protéine-kinase A) qui active la phosphorylase-active la phosphorylase-kinase kinase

→ → très forte amplification très forte amplification intracellulaire.intracellulaire.

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Les hormones lipophiles Les hormones lipophiles (stéroïdes sexuels et (stéroïdes sexuels et

surrénaliens)surrénaliens)Elles sont toutes dérivées du cholestérol

Les glucocorticoïdes (GC).

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Les hormones lipophiles Les hormones lipophiles (stéroïdes sexuels et (stéroïdes sexuels et

surrénaliens)surrénaliens)

Les glucocorticoïdes ont pour cible le noyau où ils Les glucocorticoïdes ont pour cible le noyau où ils effectuent une régulation génique. effectuent une régulation génique.

Comme le cytoplasme est hydrophile, ces GC ont besoin Comme le cytoplasme est hydrophile, ces GC ont besoin d’une protéine réceptrice pour le transport dans le d’une protéine réceptrice pour le transport dans le cytoplasme et de protéines chaperons (HSP) au repos.cytoplasme et de protéines chaperons (HSP) au repos.

Les glucocorticoïdes (GC).

Le GC va se libérer des protéines chaperons et venir se fixer sur le récepteur. Là, il passe dans le noyau et va interagir avec l’ADN.