Le métabolisme est l'ensemble des réactions biochimiques mises en jeu dans un organisme vivant et concernant l'anabolisme (synthèse) et le catabolisme (dégradation). Le métabolisme est intimement lié à la nutrition.
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| Métabolisme | Metabolism | إستقلاب، أيض |
Pourquoi le métabolisme des animaux est plus complexe que celui des végétaux?
Le métabolisme est moins complexe chez les plantes pour 2 raisons essentielles:
CHEZ LES VEGETAUX :
- la production de l'énergie est assurée par le processus de la photosynthèse où l'énergie lumineuse
est transformée en ATP.
- le métabolisme des plantes est orienté essentiellement vers la biosynthèse dont le niveau dépasse de loin les besoins des plantes. Il en résulte l'accumulation de produits
comme les glucides, lipides, protéines et autres composés utiles mis à la disposition des animaux et de l'Homme sous forme d'aliments et de matériaux divers.
CHEZ LES ANIMAUX :
- la production de l'énergie se fait à partir des
lipides, glucides et des protéines qui sont fournis sous forme
d'aliments devant subir:
1/ des dégradations préliminaire (glycolyse pour les glucides, béta-oxydation pour les acides gras et désamination pour les acides aminés provenant de l'hydrolyse des protéines),
2/ production d'acétyl-CoA,
3/ oxydation des molécules d'acétyl-CoA dans le cycle
de Krebs pour la production des cofacteurs réduits riches en
énergie (pouvoir éducteur) et
4/ oxydation de ces cofacteurs couplée à la production
de l'ATP lors de la phosphorylation oxydative.
Chez les animaux, après un repas, les hépatocytes du foie se retrouvent dans du sang riche en glucose, acide gras, acides aminés et l'insuline, hormone qui va orienter le métabolisme des tissus à partir du foie.
Quels sont les substrats énergétiques ?
Les substrats énergétiques sont:
- Les glucides: 4 kilocalories (soit 4 x 4,18 = 16,72 kjoule)/gramme.
- Les lipides: 9 kilocalories (soit 9 x 4,18 = 37,62 kjoule)/ gramme.
- Les protéines: 4 kilocalories (soit 4 x 4,18 = 16,72 kjoule)/gramme.
Le métabolisme énergétique est celui qui produit
de l'énergie (ATP). On focalise surtout sur les lipides et les
glucides. On leur ajoute les protéines qui sont de même
considérées comme source énergétique. Plusieurs
schémas peuvent illustrer le métabolisme énergétique
dont celui focalisant sur les lipides et glucides (figure ci-dessous)
et d'autres schémas comme schéma
englobant lipides, glucides et protéines.
Schéma général du métabolisme énergétique chez les animaux.
Après digestion des grosses molécules polymériques provenant des aliments (protéines, polysaccharides et lipides), il
résulte des sous-unités monomériques correspondant
respectivement aux acides
aminés, sucres
simples (ex. glucose) et acides
gras (+ glycérol). Le catabolisme, deuxième partie
du métabolisme, génère de l'ATP
(adénosine triphosphate) et des petites molécules élémentaires (Eau, Gaz carbonique).
Le métabolisme énergétique se compose de différents systèmes polyenzymatiques métaboliques (ensemble de réactions qui s'enchaînent les unes aux autres). Une partie de ces réactions est spécifique à un substrat et les autres sont communes aux autres substrats. Ainsi, la glycolyse est spécifique au glucose et la béta-oxydation, spécifique à la dégradation des acides gras. Le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire sont des systèmes polyenzymatiques non-spécifiques.
Lors de la glycolyse, système polyenzymatique spécifique des glucides, le pyruvate rentre dans la mitochondrie des cellules.
Il sera décarboxylé dans la matrice et transféré
dans le cycle de
Krebs sous forme de groupements acétyle (2 C)
lié au coenzyme A et donnant un composé chimiquement actif;
l'acétyl coenzyme A (Acétyl CoA). D'autres quantités d'acétyl
CoA résultent de l'oxydation des acides gras.
Comment se fait la régulation en passant d'un état métabolique à un autre?
A l'aides des enzymes, la régulation du métabolisme se fait par:
1/ disponibilité des substrats (action en quelques minutes),
2/ activation ou inhibition allostérique des enzymes,
3/ modification covalente des enzymes (action dans quelques heures),
4/ induction et répression des enzymes (action au bout de quelques jours).
On peut distinguer trois périodes : période absorptive (post prandiale, 4 premières heures après un repas), période post absorptive (12 heures après un repas: le matin à jeûn) et période de jeûne (au-delà de 16 heures après un repas).
PERIODE ABSORPTIVE:
En présence de l'insuline le métabolisme est orienté vers des synthèses en vue de stocker des glucides et des lipides. L'effet de l'insuline est d'ordre anabolique. Etant disponibile, le glucose peut être utilisé comme source d'énergie par tous les tissus.
PERIODE POST ABSORPTIVE:
Le rapport insuline/glucagon diminue. Il s'agit d'une période
catabolique caractérisée par la dégradation du glycogène (phosphorolyse du glycogène), dégradation des réserves lipidiques et dégradation des protéines. Cette situation est traitée par le foie qui élabore et distribue glucose et les acides gras aux autres tissus.
PERIODE DU JEUNE:
L'action du glucagon (hormone hyperglycémiante)sera renforcée par celle de l'adrénaline et de la noradrénaline
pour assurer les le maintien de la glycémie et la fourniture
du glucose au cerveau et des substrats énergétiques alternatifs
aux autres tissus.
Même s'il y'a plusieurs points communs entre les états nutritifs, le métabolisme reste lié au type de tissu ou organe. Dans un organisme il existe des cellules glucodépendantes et des cellules glucoindépendantes. Les premières ne peuvent utiliser que le glucose comme substrat énergétique (cas des neurones du cerveau), les cellules glucoindépendantes (muscles, adipocytes) utilisent indifféremment le glucose et les acides gras. Ces cellules ont un transporteur au glucose (ex: GLUT4) qui permet à l'insuline d'agir dessus et leur permettre de pomper le glucose dans le sang. Le transporteur des oses GLUT4 (ici glucose), est exprimé essentiellement dans les tissus insulino-dépendants (glucoindépendants) comme les tissus adipeux et les muscles squelettiques (KMglucose = 5 mM). GLUT4 est présent dans les tissus où le transport du glucose est sensible à l'insuline, muscles et tissus adipeux (voir un schéma récapitulatif des récepteurs à l'insuline). En absence d'insuline, seules les cellules glucodépendantes peuvent capter le glucose sanguin sans restriction.
Cas du métabolisme du foie
Le passage préalable de tous les nutriments par le foie permet à ce dernier d'ajuster la glycémie et de jouer un rôle de régulateur. Ainsi, pour les glucides alimentaires, le glucose est distribué à tous les tissus. De même, les acides aminés sont distribués à tous les tissus qui en ont besoin pour le renouvellement de leur structure et la synthèse de protéines nouvelles. Les triglycérides, en provenance de l'intestin grêle sous forme de chylomicrons (lipoprotéines qui se forment en période de digestion. Elles transportent les lipides exogènes (essentiellement triglycérides (85–92%), phospholipides (6–12%), cholestérol (1–3%),en plus des protéines (1–2%)) de l'intestin grêle vers les tissus adipeux. Elles donnent au sang un aspect laiteux), sont dirigés vers les adipocytes qui en extraient, à leur surface, les acides gras nécessaires. Le glycérol est utilisé pour la synthèse du glucose.
Dans des conditions de nourriture normale, le métabolisme glucidique au niveau du foie revêt différents aspects favorisés par le niveau élevé de l'insuline. En période
absorptive (4 heures après une prise de nourriture)
marquée par la présence de l'insuline, le métabolisme
est orienté vers des synthèses en vue de stocker des glucides
et des lipides. L'effet de l'insuline est d'ordre anabolique. Etant
disponibile, le glucose peut être utilisé comme source
d'énergie par tous les tissus. Une fois dans les hépatocytes,
le glucose subit les transformations métaboliques suivantes:
- Stimulation de la phosphorylation du glucose.
L'élévation de la concentration du glucose dans les
hépatocytes active la glucokinase qui phosphoryle le glucose
en glucose 6-phsphate. Ne pouvant sortir, il se trouve ainsi piégé
dans la cellule !. Il s'en suit les événements suivants:
1: Glycogénogenèse:
Activation de la synthèse du glycogène (le glucose 6-phosphate est le précurseur de la synthèse du glycogène.Le glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie à l'aide de la glycogénogenèse. Pour rappel, la
phosphorolyse du glycogène est inhibée par l'insuline.
2: Activation de la voie des pentoses phosphates: c'est une préparation à la lipogenèse en activant la voie des pentoses phosphates qui génère NADPH, H+, pouvoir réducteur, indispensable à la synthèse
des acides gras et du cholestérol.
3: Transformation du glucose 6-phosphate en lipides: Lorsque le glucose est en excès et après avoir assuré le maintien de la glycémie et reconstitué les réserves en glycogène du foie, le glucose 6-phosphate est dégradé jusqu'au niveau de l'acétyl-CoA,
précurseur de la synthèse des acides gras, des lipides
et du cholestérol. Le glucose 6-phosphate formé, active
la glycolyse et fournit du glycérol 3-phophate, précurseur
de la synthèse des triglycérides et des phospholipides.
4: Glycolyse: Production d'énergie à partir du glucose 6-P (si acides gras insuffisants):
Dans le cas d'une alimentation équilibrée en glucides, lipides, acides aminés et protéines, l'énergie dans le foie est fabriquée à partir des acides gras). Ainsi, le glucose 6-phosphate entre dans la voie glycolytique, le pyruvate produit est transformé en molécules d'acétyl-CoA
qui alimentent le cycle de Krebs où ils sont oxydés complètement en CO2 avec formation de cofacteurs réduits riches en énergie (pouvoir réducteur). L'oxydation de ces derniers dans la phosphorylation oxydative est couplée à la production de l'ATP.
5: Glycogénolyse:
La période post absorptive
se situe entre 4 et 12 heures après un repas. Le rapport Insuline/Glucagon décroît et s'inverse. Elle est considérée comme une période catabolique, caractérisée par la glycogénolyse (phosphorolyse du glycogène en glucose 1-phosphate, la phosphorolyse est inhibée par l'insuline), la lipolyse (dégradation des lipides de réserves) et la dégradation des protéines.
6: Néoglucogenèse:
Déphosphorylation du glucose 6-phosphate (et retour à la production de glucose libre susceptible de rentrer dans la circulation sanguine). Il s'agit de la néoglucogenèse. Cette déphosphorylation
est catalysée par la glucose 6-phosphatase hépatique.
Les reins possèdent une enzyme similaire. La néoglucogenèse démarre environ 4 heures après le dernier repas. La néoglucogenèse est importante dans le maintien de la glycémie la nuit et pendant le jeûne. Elle est la fonction vitale du foie lorsque la période
post absorptive est suivie d'un jeûne prolongé. Dans
ces conditions, l'organisme mobilise tous les précurseurs,
glycérol (à partir des lipides), lactate (à partir
de la fermentation), acides aminés (à partir des protéines)
pour fabriquer du glucose.
Cas du métabolisme du muscle
La contraction et l'insuline sont les stimuli majeurs qui activent le transport du glucose dans les muscles striés.
Cas du métabolisme du tissu adipeux
En période absorptive, un transport important de glucose est fait vers les adipocytes, favorisé par le taux élevé de l'insuline dans le sang.
- Le glucose 6-phosphate formé, active la glycolyse et donne
le glycérol 3-phophate, précurseur de la synthèse
des triglycérides et des des phospholipides.
- L'acétyl-CoA, résultant de l'oxydation du pyruvate,
sert de précurseur pour la synthèse des acides gras et
des triacylglycérols de réserve.
- Le glucose 6-phosphate fournit du NADPH,H+ (par la voie des pentoses
phosphates), pouvoir réducteur essentiel à la synthèse
des acides gras.
- Les acides gras proviennent aux adipocytes sous forme de chylomicrons
transportés par le sang. Ils peuvent être importés
sous forme de VLDL (lipoprotéines).
- Synthèse des triacylglycérols: les acides gras sont
libérés des VLDL du foie et des chylomicrons de l'intestin
par une lipoprotéine lipase. Le glycérol 3-phosphate est
fourni par la glycolyse suite à la réduction de la dihydroxyacétone
phosphate.
En période post-absorptive, le tissu adipeux libère des acides gras et du glycérol.
Cas du métabolisme du cerveau
Le métabolisme du cerveau sert essentiellement à produire de l'ATP pour couvrir la transmission de l'influx nerveux.
Cas
du métabolisme des glucides
Le catabolisme glucidique (part du métabolisme
des sucres) correspond à des activités de glycolyse
et formation d'ATP (dégradation du glucose), glycogénogenèse,
glycogénolyse et néoglucogenèse.
Cas du métabolisme des lipides Le métabolisme des lipides est composé de systèmes multienzymatiques ayant pout buts le stockage des acides gras sous forme de triglycérides (lipogenèse), le déstockage des acides gras à partir de triglycérides (lipolyse), la synthèse d'acides gras à partir de précurseurs et la dégradation des acides gras (béta-oxydation et cycle Krebs et chaîne respiratoire)
-
Métabolisme général
- Glycolysis and gluconeogenesis
regulations
- Homéostasie de
la glycémie
- QCM Métabolisme des
glucides
- Biochimie métabolique. Examen S4
-
Glycolyse et production d'ATP
-
TP néoglucogenèse
(Glucose-6 phosphatase)
-
Glycéraldéhyde-3-Phosphate
Déshydrogénase (GAPDH)
-
QCM Métabolisme général
-
QCM Chaîne respiratoire
- Comparaison Hexokinase et Glucokinase. Exercice
- QCM Néoglucogenèse (TP Métabolisme, S4)
- تقويم ذاتي مع التوقيت و التنقيط
Contrôle d'autoévaluation, temporisé, noté et commenté
360 pages, 2018, ISBN : 978-9920-35-345-8 + DVD mis à jour + Assistance.
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