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Biochimie mtabolique 2014-2015
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Guide des tudes
Biochimie mtabolique: premier semestre, 7 crdits
Bibliographie recommande:
Biochimie - Lubert Stryer, 7me
dition, W. H. Freeman, 2010
Lippincott's Illustrated Reviews:
Biochemistry - Denise R. Ferrier,
Lippincott Williams Wilkins, 2013
Biochimie Mtabolique - Cristina
Drugan, Ileana Olteanu, Ed. Iuliu
Haieganu, 2014
Objectif: acquisition des notions essentielles sur le mtabolisme (nergtique et des nutriments).
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Examen de biochimie
Conditions prliminaires:
Prsence aux travaux pratiques (100%) ou rattrapage ( payement) de
maximum 4 absences
Examen: 2 questionnaires choix multiples (thorique et pratique)
Calcul de la note finale:
Examen thorique: 70% - liminatoire
Examen pratique: 20% - liminatoire
Moyenne des sminaires: 10%.
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A rviser... Examen thorique
Dfinition, rle, conditions dactivation, objectifs, particularits, rgulation,
action des enzymes-cl, bilan nergtique, anomalies des voies mtaboliques
Applications mdicales: maladies mtaboliques, principes du traitement
Examen pratique
Dfinition et principe des techniques, intervalles de rfrence des paramtres
biologiques
Applications: interprtation des rsultats des analyses de laboratoire.
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Introduction la Biochimie Mtabolique
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Metabolos (grec) = changement
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Biochimie mtabolique
Mtabolisme: ensemble des ractions chimiques ayant lieu dans le vivant
Biochimie mtabolique: ractions chimiques survie et reproduction des organismes.
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Particularits de la vie
Diversit biologique: bactries, insectes, arbres, oiseaux, humains
Unit fondamentale: mmes lois physiques et chimiques
Ncessits:
nergie (recueil, transformation, utilisation)
Biomolcules (conversion, polymrisation, dgradation)
Ractions chimiques (synthse, dgradation, rplication).
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Mtabolisme nergtique
Mtabolisme nergtique: recueil et transformation de lnergie du milieu en nergie chimique
Taux mtabolique basal maintien des fonctions vitales et de lhomostasie interne.
ENERGIE solaire ou chimique
ENERGIE disponible
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Importance du mtabolisme
Ractions du mtabolisme fonctions biologiques:
Recueil de lnergie du milieu
Thermogense
Renouvellement des biomolcules
Gnration des signaux
Neutralisation et limination des produits toxiques /inutiles.
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Anabolisme et catabolisme
Anabolisme: ractions de synthse dpense dnergie
Catabolisme: ractions de dgradation nergie chimique, chaleur.
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Carburants et rserves nergtiques
Nutriments utiliss comme carburants
Glucides: amidon, saccharose, lactose, fructose, glucose, cellulose (4,5 kcal/g)
Protines (4,5 kcal/g)
Lipides: triglycrides, phospholipides, acides gras, cholestrol (9 kcal/g)
Alcool (7 kcal/g)
Rserves nergtiques nergie pendant les priodes de jene
Glycogne (polymre de glucose)
Triglycrides: les plus importantes rserves nergtiques
Protines: utilises en cas de jene prolong.
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Nutrition quilibre
55% de lnergie des aliments doit provenir des glucides, 30% des lipides et 15% doit driver des protines.
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Indice de masse corporelle
Alimentation ncessits poids normal
IMC = poids (kg)/taille (m2)
Valeurs normales: 20-25; surpoids: 25-30; obsit: > 30.
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Etapes du catabolisme des nutriments
Etape intestinale
Mtabolisme intermdiaire
Etape mitochondriale
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Equilibre nutritionnel et contrle mtabolique
Priodes alimentaires
Digestion et absorption des nutriments
Synthse des biomolcules
Synthse des rserves
[insuline] / [glucagon]
Priodes de jene
Dgradation des rserves
Synthse des carburants
[insuline] / [glucagon]
Insuline et glucagon: principales hormones rgulatrices du mtabolisme.
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Action de linsuline et du glucagon Insuline (priodes alimentaires)
Hormone hypoglycmiante
Rgulateur du mtabolisme lipidique
Rgulateur du mtabolisme des acides amins
Glucagon (priodes de jene)
Hormone hyperglycmiante
Activateur de la ctogense.
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Particularits tissulaires
Foie
Dgradation des glucides, synthse du glucose et du glycogne
Synthse des pentoses-phosphates et des corps ctoniques
Synthse des lipides, des acides biliaires, des nuclotides
Urogense
Muscle
Mtabolisme arobie (repos ou contraction de courte dure); mtabolisme anarobie (effort prolong)
Muscle squelettique: stockage des protines de rserve
Myocarde: utilisation prfrentielle des corps ctoniques
Rein: limination des produits toxiques, synthse du glucose
Tissu adipeux: mtabolisme des triglycrides, synthse des hormones
Hmaties: dgradation anarobie du glucose
Cerveau: jene prolong utilisation des corps ctoniques.
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Voies et carrefours mtaboliques
Voie mtabolique: unit de synthse ou de dgradation dun compos
Srie de ractions catalyses par des enzymes diverses
Carrefour mtabolique: intermdiaires voies diffrentes
Substrat initial: carrefour mtabolique ou nutriment
Produit final: carrefour mtabolique ou produit scrt.
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Enzymes-cl Enzymes-cl rgulation des voies mtaboliques
Proprits:
Premires enzymes des voies mtaboliques
Catalyse des ractions les plus lentes, irrversibles
Enzymes allostriques contrles par de nombreux effecteurs.
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Rgulation des enzymes-cl
Rgulation neuroendocrine:
Contrle de lexpression du gne
Rgulation allostrique
Modification covalente
Interaction avec les protines rgulatrices.
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Principes de la rgulation mtabolique
Intervention des hormones et de leurs messagers intracellulaires:
Rgulation des tapes dengagement des substrats
Les voies de synthse sont contrles par rtro-inhibition (feed-back)
Les voies de dtoxication sont actives par les substrats (feed-forward)
Les voies de production dnergie sont contrles par les ncessits tissulaires
Isoenzymes rgulation spcifique
Compartimentation contrle de laccs des substrats et des signaux aux enzymes rgulatrices.
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Energie dactivation
Energie dactivation passage ltat de transition
Enzymes: diminution de lnergie dactivation
Chaleur libre dans le milieu: nergie dactivation plus la chaleur de la raction.
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Ractions couples
Raction exergonique: libration dnergie dans le milieu
Raction endergonique: consommation dnergie
Une mme enzyme peut catalyser les deux ractions:
A + B Y + Z + E.
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Ractions couples
Raction exergonique
Raction endergonique
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Exemple de raction couple
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Liaisons riches en nergie
Hydrolyse des molcules riches en nergie: raction exergonique
Exemples
Nuclotides ATP, GTP, UTP, CTP
Coenzyme A et drivs
Phospho-cratine
Phospho-enolpyruvate
Liaisons riches en nergie: lhydrolyse libre > 31 kJ/mol (~)
Exemples: liaisons phospho-anhydrides, anhydrides mixtes, liaisons phosphoamides, phosphonol, thioester.
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Molcules riches en nergie
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Cycle ATP ADP
Cycle ATP-ADP: rgnration de lATP, paralllement son utilisation (ATP ADP + Pi)
Rgnration de lATP (ADP + P ATP)
1. Phosphorylation oxydante mitochondriale
2. Phosphorylation au niveau du substrat.
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Hydrolyse de lATP
Hydrolyse de la liaison entre le 2me et le 3me phosphate 31 kJ/mol
Hydrolyse de la liaison entre le 1er et le 2me phosphate 42 kJ/mol.
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Utilisation de lATP
Donneur dnergie:
nergie mcanique contraction musculaire, mouvement molculaire
nergie osmotique changes Na+/K+ transmembranaires
nergie chimique synthses (ADN, protines, triglycrides, glycogne)
nergie calorique temprature constante
nergie lectrique influx nerveux
Donneur dlments structurels:
Donneur de phosphate phosphorylation
Donneur de pyrophosphate activation de la vitamine B1
Donneur dAMP activation des acides gras, des acides amins
Donneur dadnosine coenzymes adnosyl-cobalamine, SAM.
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Hydrolyse du GTP
Hydrolyse du GTP: mme quantit dnergie que celle issue de lATP
GTP GDP + Pi
GTP GMP + PP
Donneur dlments structurels: phosphate (synthse du glucose), GMP (mtabolisme des glucides), GDP (activation des acides gras).
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Anomalies mtaboliques
1. Erreurs innes du mtabolisme: blocage dune voie mtabolique
Arrt total de la voie mtabolique
Accumulation du substrat
Absence du produit final
Activation des voies mtaboliques secondaires
Signes cliniques multi-systmiques
2. Maladies mtaboliques multifactorielles: interaction entre les facteurs de lenvironnement et les prdispositions innes
3. Maladies mtaboliques secondaires: dues lhypoxie, les intoxications, les maladies hpatiques, rnales, pancratiques
4. Syndromes mtaboliques: anomalies qui peuvent avoir plusieurs causes.