POLY METABO LV303.pdf

UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE (PARIS 6)“BIOCHIMIE FONDAMENTALE - LV303”

METABOLISME

1° Introduction. Transporteurs de sucres (perméases, PTS, ABC). Glycolyse (rappels).

2° Gluconéogénèse, métabolisme du glycogène.

3° Voie des pentoses phosphates3° Voie des pentoses-phosphates.

4° Cycle de Krebs.

5° Acides gras : dégradation, biosynthèse. Corps cétoniques. Voie du glyoxylate.

6° Phosphorylations oxydatives photosynthèse (rappels) Navettes métaboliques6 Phosphorylations oxydatives, photosynthèse (rappels). Navettes métaboliques.

7° Métabolisme de l’azote. Acides aminés : biosynthèse, dégradation.Transaminations. Cycle de l'urée.Cycle de l urée.

8° Régulations, adaptation, et intégration du métabolisme.

Ouvrage recommandé : Lehninger Principles of BiochemistryFourth Edition, 2004 by W. H. Freeman & Company

KeqaA + bB cC + dD

KeqENTHALPIE-ENTROPIE

0 [C]c [D]d 0

Keq

ΔG = ΔG'0 + RT ln[ ] [D][A]a [B]b = ΔH - TΔS , avec ΔG'0 = - RT ln Keq

Ared Aox + n e-eqREACTIONS REDOX

E = E'0 +RT

ln[Aox ]

ΔE'0 = E'0 E'0 ΔG'0 = nF ΔE'0

1 2ENERGETIQUE DU TRANSPORT

E = E 0 + nF ln [Ared] ΔE 0 = E ox0 - E red ΔG 0 = - nF ΔE 0

S

1 2ENERGETIQUE DU TRANSPORT

ΔG = ZF ΔΨ + RT ln[S2][S1]

Rappels d’énergétiqueRappels d’énergétique2

ATP ADP AMP

N N

NH2

D M

O O O

SYSTEME ADENYLATE

N NO-O-P-O-P-O-P-O-CH2

O O O

O- O- O-

OH OH

CONH2NAD(P)+/NAD(P)H

OAMP-O-P-O-CH2

(P)

2

N

CONH2

N+

NAD(P) /NAD(P)H

OH OH

NAD(P)+ R NAD(P)H

NHN

O

NHNH

OFAD/FADH2

N N O

CH2-(CHOH)3-CH2O-ADPFAD

N NH O

RFADH2

Système adénylate, NAD, FAD 3

Transporteurs(A) (B)

Annu Rev

(C)

Annu. Rev. Biochem. 2004.

73:241–68

4J. Bact., 2000, 182 : 5029–5035Encyclopedia of life sciences © 2001, John Wiley

& Sons, Ltd. www.els.net

Cellule épithélialeface apicaleface basale

GlucoseGlucose

2 K+[K+] = 4 mM [K+] = 140 mM

2 K+ ATP

[Na+] = 12 mM

2 Na+3 Na+ ADP + Pi

[Na+] = 145 mMLumière

intestinaleSang

Transport du glucose dans les cellules épithéliales

5

Métabolisme du glucose

Encyclopedia of life sciences © 2005, John Wiley & Sons, Ltd. www.els.net

6

Métabolisme du glucose

OCH2OH

OCH2OH

OCH2OHPiO O

OPO

O

ATP1 1b

1aGlcGlc-1P

Gl èUTP

OCH2OP

POH2C O CH2OH

ADP

1 Glycogène

POH C O CH OP

UDP-Glc

UTP

UDPPPi

14 15

POH2C CH2OH

ATPADP

2

3

Glc-6P F-6P

POH2C O CH2OP

F-1,6P2

CH2OH-CO-CH2OP567

Pi

DHAPF 6P 2

CHO-CHOH-CH2OPPOOC-CHOH-CH2OP-OOC-CHOH-CH2OP67

8

10

NAD+NADH H+ATP ADPG-3P1,3P2GA3PGA

PYR-OOC-CHOP-CH2OH -OOC-COP=CH2 -OOC-CO-CH3

9 10

H2OATPADP

NADH H+

NAD+1112

13

2PGA PEP

PYR

CO2

-OOC-CHOH-CH3CH2OH-CH3 CHO-CH3

NAD

NADH H+NAD+

13

LACTEtOH

7Glycolyse anaérobie et fermentations

GLU GLU-6P FRU-6P

FRU 1 6P

(GLU)n

FRU-1,6P2

G3P DHAPPEPOAA GLYC (TG)

AmiOAA PYR PYR LACT

Aminoacides

ATP

Gluconéogénèse

CH3-CO-COO- + HCO3- -OOC-CH2-CO-COO-ATP

ADP + Pi

PC

PYR OAAMITO :

-OOC-CH2-CO-COO-GTP

GDP

PEPCKCH2=C(OP)—COO- + HCO3-

OAA PEPCYTO :

GDPOAA PEP

8Transformation PYR / PEP

CO

Biotine

NH CO (CH )

COHN NH

puis transfert du "COO" sur divers

COHN N-COO-

NH—CO—(CH2)4—S

HCO3-

ATP

paccepteurs

S

ATP

Biotine et carboxylations (Pyr carboxylase…)GLU

Extérieur

Ca2+Cytoplasme

T1 T2 T3

CaSP

GLU-6Pase

GLU-6P Pi GLU

T2

+Lumière du RE

9Glucose-6 phosphatase

ATP ADP + PiFRU-2 6-P2 ATP

PFK

FRU 2,6 P2AMP Citrate

H++ -

FRUCTOSE 6 P FRUCTOSE 1 6 bi h h tFRUCTOSE-6-P FRUCTOSE-1,6-bis phosphate

FDPaseFRU-2 6-P2

H2OPi

FRU 2,6 P2AMP - Citrate+

i

Cycle phosphofructokinase/fructose 1 6 bisphosphatase10

Cycle phosphofructokinase/fructose-1,6-bisphosphatase

11Régulations de la PFK (1)

11d’après Lehninger Principles of Biochemistry

Fourth Edition, 2004 by W. H. Freeman & Company

Régulations de la PFK (2)

12d’après Lehninger Principles of Biochemistry

Fourth Edition, 2004 by W. H. Freeman & Company

ATP ADP

FRU-6P FRU-2,6-P2KINASE

F2,6 P/K

KINASE

ATP Pi

cAMP/PKA PrPase cAMP/PKA

F2,6 P/K-P

PHOSPHATASEADP H2O

FRU-6P FRU-2,6-P2

H2OPi H2OPi

FRU-2,6-P2 PFK FDPase

13Fructose-2,6-bisphosphatase/kinase et AMPc

1) α-1,6-glucosidase 2) phosphorylasePi

phosphorylase

transférase) p p y

6 1-P

1

Pi

1-P3

Dégradation du glycogène

CH2OH

GLU-1P + UTPO

2

O-P-O-P-O-uridine (UDPG)( D )

+ PPi 2 Pipyrophosphatase

UDPG-pyrophosphorylasepyrophosphatase

UDPG + (GLU) —> UDP + (GLU)UDPG + (GLU)n —> UDP + (GLU)n+1glycogène synthétase

14Biosynthèse du glycogène

UTP PPi 2 Pi2i i

1

2

1 UDPG h h lGLU-1P UDPG

1 1

2

UDPG-pyrophosphorylase

Pyrophosphatase

Pi UDP 34 3y p p

Glycogène synthétase (GS)

GLUn+1

Pi UDP4 Glycogène phosphorylase (GP)

GLUn

Cycle biosynthèse/dégradation du glycogène

15

adrénaline ou glucagon

adénylatecyclase (i)

adénylatecyclase (a)cyclase (i) cyclase (a)

cAMPATP cAMPATP

PKA(a)PKA(i) ( )( )

ATP ATP(glycogène-

phosphorylase)kinase(i)

(GP)K-P(a) glycogène-synthétase(a)

GS-P(i)ATP

ATP

( )

glycogène-phosphorylase(i)

GP-P(a)GLYCOGENE

ATP

GLUCOSE 1-P

16Cascade AMPc-dépendante

ATP ADPPKA

GPK(inactive)

Ca2+GPK(part active)

Ca2+GPK-P(active)

Ca2+ Régulations de la glycogène phosphorylase kinase(inactive) (part. active) (active)

Pr.Pase

phosphorylase kinase

Pr.PaseH2OPi

2 ATPGPK

ATPG6P

PP

2 ADP

GPK

Régulations de la glycogène

GP B,R( )

GP B,T(i ti )

AMP

GP A,T (P) GP A,R (P)

GLU

PP

2 Pi

glycogène phosphorylase

(active) (inactive), ( )

(inactive), ( )

(active)2 H2O

Pr.Pase

Glycogène-synt. A(active)

Pr.Pase

PKA

ATP PiRégulations de la glycogène synthétase

Glycogène-synt. B (P)(inactive)

ADP H2O

17

glycogène synthétase

GS (GLU)n Dégradation de (GLU)nGS n

GP

g ( )n

Biosynthèse de (GLU)nUDPG

G1P

Accélération de l'exportation de GLU

G6PF6P GLU GLU sanguin

F2 6P2PFK FDPase

Dégradation de F2,6P2

F2,6P2PFK FDPase

Inactivation de la PFK (défaut d'activation)

Biosynthèse de F2,6P2+ -

F1,6P2Inactivation de la PFK (défaut d activation)Activation de la FDPase (défaut d'inhibition)

PYR Accumulation de F6P, puis de G6PBlocage de la glycolyse

18Signal β-adrénergique et métabolisme du glycogène hépatique

O

CH 2OP

O

CH 2OPNADP +

H2ONADP +

COO -CO 2

CH 2OHO

GLU-1P

1 2 3O

NADH, H + NADH, H +CH 2OP CH 2OP

GLU GLU-6P 6-P-Gluconolactone 6-P-Gluconate Ribulose-5P

1

CHO

CH 2OHO

4

CHO

CH 2OPCH 2OP

Sedoheptulose 7P

FRU-6P

CHO

5

6a7

2Ribose-5P

CH 2OHO

Sedoheptulose-7P

CHOFRU-1,6P 2

CH 2OP6b

Erythrose-4P

CH 2OP

O

Xylulose 5P

CH 2OPGlycéraldéhyde-3P

(G3P)

DHAP G3P

Enzymes :1 Glucose 6 P déshydrogénase

CH2OHO CHO CHO

CH2OHO

CH2OH CH2OH

Xylulose-5P

1. Glucose 6-P déshydrogénase2. Lactonase3. 6-P gluconate déhydrogénase4. Pentose-P isomérase5 Pentose-P épimérase

O

R

CHO

R'

CHO

R

O

R'cétose aldose aldose cétose

O

R

CHO

R'

CHO

R

O

R'

cétose aldose aldose cétose5. Pentose P épimérase6a,b. Transcétolases7. Transaldolase

Transaldolisation

19

cétose aldose aldose cétoseTranscétolisation

Voie des pentoses phosphate

CH3-CO-COO-PYR

CH2-COO- CH2-COO- CH2-COO-3

NADH,H+

CO2CO2

CoASH 110

CH2-COO--COO-HO-C

Cit

HO-CH-COO-CH-COO-

iCitO=C-COO-

CH

α-KG

2

CH3-CO-SCoACO2

2

CitCH2-COO-

O=C SCoA

CH2CH2-COO-

CH2-COO-

CH-COO-

-OOC-CH

OAA

NADH H+

NADH,H+

9

CITCoASH

iCIT

3O=C-SCoA

Succ-CoA Succ2

Fum

HO CH COO- O=C-COO-

α-KG

CO2NADH,H9

8

MAL

C H

4HO-CH-COO

Mal

CH2-COO-

O=C-COO

OAA

CH2-COO-

S C A

NADH,H+FUMCoASH 5

6

7Succ-CoA CO2SUCC

GTP

FADH26

ENZYMES :1. Pyr. deshydrogénase 2. Cit. synthétase 3. Aconitase

GTPCoASH

y y g y4. iCit. deshydrogénase 5. α-KG. deshydrogénase6. Succ-CoA synthétase 7. Succ. deshydrogénase8. Fumarase 9. Mal. déshydrogénase 10. Pyr. carboxylase

20Cycle de Krebs (CK)

CH3-CO-COO- CO2

E1-TPP E1 "CH CHO" TPPE1-TPP E1- CH3-CHO -TPPNH2

CH2N N+S

CH

Thiaminepyrophosphate

E2SHSCOCH3

E2SS

CH3 NCH3

(CH2)2-O-P-O-P

HS-(CH2)2-NH-CO-(CH2)2-NH-CO-CHOH-C(CH3)2-CH2-O-ADP

ESH

CoASH CH3-COSCoA2 2 2 2 3 2 2

Coenzyme A

S S

(CH2)4-CO-NH-(CH2)4-Lys

Li idE2SHSH

S S Lipoamide

NHHNCO

Biotine

E3-FAD E3-FADH2 S(CH2)4-CO-NH-(CH2)4-Lys

NAD+NADH,H+ Complexe de la pyruvate

déh d é21

déhydrogénase

CH COO-

CH3-COSCoA100% CH2-COO-

it tCITRATE

SYNTHETASEO C

CH2-COO

COO- CH2-COO-

COO-HO

citrateSYNTHETASE

a

b

c

H2O

CH COO-

ACONITASEProchiralité et chiralité

-OOC-CH2CC

H

-OOC COO-

cis aconitate

CH2-COO-

H-C-COO-*

* H O cis-aconitateHO-CH-COO-

isocitrate

H2O

CH CO COO-CH3-CO-COO-

CH CO SC A

NADH,H+CO2

PYR+ 4 NAD+

+ FADBil CH3-CO-SCoA

OAA CITDH H+

+ FAD+ GDP + PiBilan

énergétique du CK

α-KG

CO2

NADH,H+

NADH H+SUCC

FUMFADH2

NADH,H+

3 CO2 4 NADH H+

du CK

22Succ-CoA

CO2NADH,HSUCC

GTP+ 4 NADH,H+

+ FADH2+ GTP

ATP

PYRGLUCOSE PYR

A C A

PdH- ACIDES GRAS

OAA CITPEP

AcCoAPC+

OAA CITPEP

CO2ATP

AMINOACIDES PORPHYRINES

ATP

AMINOACIDES, PORPHYRINES

CK et biosynthèses

BIOT BIOT BIOT-COO-+ AcCoA + HCO3-

( ATP)

AcCoA AcCoAtransfert

de carboxyle...- AcCoA (+ ATP) de carboxyle...

23

Régulations de la pyruvate carboxylase

2 CH3-CO-SCoA

GLUCOSE

OAACIT

iCITCH3-CO-SCoA

CH2-COO-

O=C—COO-

(0)

OAA CIT

CH2-COO-

HO—C—COO-

O=C—COO-

(1) CO2

iCIT

α-KG

MAL

FUM

GLYO

OAA CIT

iCITMAL

CH2-COO-O=C COO

CH2-COO-

(2)

α KG

SuccCoA

SUCCCO2

CO2

α-KG

MAL

FUM

O=C—COO-

CH2-COO-

2 AcCoA OAA

COO- isocitratelyase

O CH COO-

SuccCoA

SUCCCO2

CH2-COO-CH2-COO-

CH2-COO-CH

CH-COO

HO CH COO

2-

- -OOC CH CH COO-

O=CH-COO-

glyoxylate

CH2-COSCoA

22 HO-CH-COO OOC-CH2-CH2-COO

succinatemalate

synthétase

Marquage isotopique du CK

CH3-COScoA

CH2-COO-

HO-CH-COO-

Marquage isotopique du CK

CH3 COScoAmalate

24Shunt du glyoxylate

TAG 3 R-COO- + Glycérol Glycérol-PATP

ADP

NAD+

NADH H+

DHAPGlycérol

(CH3)3N+—CH2—CHOH—CH2—COO-

ADP NADH, H

R—(CH2)3—COO- R—(CH2)3—CO-SCoACarnitine

ATP

CPT-IACS

ATP

AMP + PPiCoA-SH CoA-SH CYTOPLASME

CPT IACS

CACT FAD FADH2

Membrane externe

Membrane interne

CPT-II

CACT

R (CH ) CO iti R (CH ) CO SCoA

FAD FADH2

ACD

Membrane interne

MITOCHONDRIE

R-CH2-CH=CH-CO-SCoAH2O ECHENZYMES :

R—(CH2)3—CO-carnitine R—(CH2)3—CO-SCoA

Carnitine

R-CH2-CHOH-CH2-CO-SCoANAD+ NADH, H+

R H H

ACS, Acyl-CoA Synthétase; CPT-I et II, Carnitine PalmitoylTransférases I et II; CACT, Carnitine AcylCarnitine Translocase;ACD, Acyl-CoA Déshydrogénase; ECH, Enoyl-CoA Hydratase;HCD Hydroxyacyl-CoA Déshydrogénase; BCT β-CétoThiolase

HCDR-CH2-CO-CH2-CO-SCoA

R-CH2-CO-SCoA CoASH

HCD, Hydroxyacyl CoA Déshydrogénase; BCT, β CétoThiolase

Palmitoyl-CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA + 7 H2O

8 A C A 7 FADH 7 NADH H+BCT

CH3-CO-SCoA 8 AcCoA + 7 FADH2 + 7 NADH, H+

25Dégradation des acides gras : β-oxydation

2 CH3-CO-SCoA CH3-CO-CH2-CO-SCoA

FOIE (mito)

ACIDE GRAS 3 3 2acétoacétyl-CoA

NAD+ CH3-CO-SCoA

CH3-CO-CH2-COO-CH3-CHOH-CH2-COO-

acétoacétateβ-hydroxybutyrate NADHCH3-C(OH)-CH2-COO-

CH2-CO-SCoAéβ-hydroxyméthylglutaryl-CoA

CH3-CO-CH3 + CO2SANG

CH3-CO-CH2-COO-

succinyl-CoA

CH3-CO-CH2-CO-SCoACH3-CO-CH2-COO

succinate

3 2

2 CH3-CO-SCoAAUTRES TISSUS (mito)

3

Voie des corps cétoniques

26

CH3-COSCoA (ATP—>ADP+Pi)mitochondrie cytoplasme

CH3 COSCoACIT

OAA

CIT

OAACH3-COSCoA malonylCoA

i

NADH H+ NAD+ 1. Citrate Synthétase

1 2 7

OAAMAL

NADH,H+ NAD+Pyruvate

CarboxylaseMAL

NADH,H+1. Citrate Synthétase2. Citrate Lyase3. Malate Déshydrogénase4 Enzyme Malique

36

PYR

CO2PYR(ATP—>ADP+Pi)NADP+

NADPH H+

MALNAD+

4. Enzyme Malique5. Pyruvate Carboxylase6. Malate Déhydrogénase7 Acétyl-CoA Carboxylase

4

PYR PYRi NADPH,H 7. Acétyl CoA Carboxylase5

Biosynthèse des acides gras : exportation y g pdes unités d’acétyl-CoA

27

OHCO3-R—Biotine + CO2 +ATP

O-C

OC

N BiotineO

R—carboxybiotine + ADP + Pi1

HNS

Biotinecarboxylase

C

O

HN NH 1

CO

NH

S OBCP

O

CNHO

NHC

Biotine

HNS

Trans-

NH

BCP

Lysine 2

CO N

C

carboxylase

CH CO SC A

Acétyl-CoA

BCP

C O-O

CH3 CO SCoA

CH3 CO SCoA-OOCl l

R—carboxybiotine + Acétyl-CoA

R—biotine + Malonyl-CoA2

Malonyl-CoA

28Acétyl-CoA carboxylase

ACETYL-CoA MALONYL-CoA

CH3—CO—SCoA HO—CO—CH2—CO—SCoA

CoASH

Malonyl-/Acétyl-Transférase

MAT

CH3—CO—Ser581 HO—CO—CH2—CO—Ser581ACP

Ser2151(phosphopantéthéine)

CH3—CO—S—ACP HO—CO—CH3—CO—S—ACP

R—CO—S—Cys161β-CétoacylSynthétase CO2

β-CétoacylSynthétaseKS KS

CH3—CO—CH2—CO—S—ACP

y

NADPH + H+ NADP+ β-CétoacylRéductase

KR

TECH3—CHOH—CH2—CO—S—ACP

CH3—CH=CH—CO—S—ACP

H2O HydroxyacylDéhydrataseCH3—CH2—CH2—CO—S—ACP

NADPH + H+

H2O

Thioestérase

DHNADPH + H

NADP+

Enoyl RéductaseAcide

palmitique

DH

ER

Exemple : Biosynthèse de l'acide palmitique8 Ac-CoA + 7 ATP + 14 NADPH,H+

—> Palmitate + 14 NADP+ + 8 CoASH + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi Palmitate 14 NADP 8 CoASH 6 H2O 7 ADP 7 Pi

29Complexe de l’acide gras synthétase (ACS)

MTKS

SH

SH

KS

SH

CH3—CO—S

MT

CH3—CO—S-CoA

CoA-SH

AT

MTKS

KR

DHER

AT KR

DHER

MT

CH3—CO—S

-OOC—CH2—CO—S -OOC—CH2—CO—S-CoA

CoA-SHSH

SCOCH3 CH2 CH2

AT KR

DHER

MTKS

AT

KS

KR

DHER

MT

Schéma du fonctionnement

HS

S CO CH2 CO CH3

CO2SCOCH3 CH2 CH2

HS

CoA-SHde l’ACS

AT

DHER

MTKS

KR

MTKS

KR

DHER

AT

SCO

NADPH,H+ NAD+S

COCH

NADPH,H+ NAD+

AT

HS

MTKS

KR

CH2CHOH

CH3

AT

MTKS

KR

CHCH

CH3

SH

d’après Lehninger Principles of BiochemistryFourth Edition 2004 by W H Freeman & Company

ER DHDHER

H2O

30

Fourth Edition, 2004 by W. H. Freeman & Company

-+

Citratelyase

Acétyl-CoAcarboxylase

Acétyl-CoACitrate Malonyl-CoA Palmitoyl-CoA

-+

Insuline GlucagonAd é liAdrénaline

P i i i d é l ti d l bi thè d AGPrincipaux niveaux de régulation de la biosynthèse des AG

31

http://www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00190.htmlhttp://www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00190.html

Chaîne respiratoire mitochondriale et biosynthèse de l’ATP (1)

32

p y ( )

Site 1 :+

Site 2 : Site 3 :roténone CN-, N3-, CO

4H+ / 2e- 2H+ / 2e- 4H+ / 2e-

3H+CytC ADP3- Pi-

amytalantimycine

, 3 ,

atractyl-oside

QFMNFeS Cyt

b,c1

Cyta,a3

IIII IV F0

oside

FeSIII

F1 4

FADFeS

4H+2H+ 2H+

NADH

+ H+NAD+

Succ Fum1/2 O2 + 2H+ H2O

1ATP4- OH-

2

ADP + Pi ATP

t i hibit ΔΨ li i i idi Δ H i é i i ΔΨ t Δ H dé l t

oligomycine

autres inhibiteurs : ΔΨ : valinomycine, gramicidine, ΔpH : nigéricine, ΔΨ et ΔpH : découplants

Chaîne respiratoire mitochondriale et biosynthèse de l’ATP (2)

33

p y ( )

CONH2O

NNH CH3O CH3

O

CH O (CH CH C CH ) H

NAD+R

FAD, FMN

ON

R

N

COENZYME QO

CH3OCH3

(CH2-CH=C-CH2)nH

R1

Cys-S S-Cys

S Fe

R2R4

R5 N

NNN Fe

y

S-Cys

SS

S Fe

Fe

Fe

R3 HEMEPROTEINES FER - SOUFRE S-Cys

Groupes transporteurs d’électrons

Système Nombre de chaînes pept. Groupes fonctionnelsI NADH/CoQ réductase 16 FMN FeS

Groupes transporteurs d électrons

I. NADH/CoQ réductase 16 FMN, FeSII. Succ./CoQ réductase 2 FAD, FeS CoQIII CoQ/Cyt c réductase 6 8 Cyt b cyt c FeSIII. CoQ/Cyt c réductase 6-8 Cyt b, cyt c, FeS Cyt cIV. Cyt c oxydase 6-7 Cyt a, Cyt a3, Cu

34Composition schématique des systèmes transporteurs d’électrons

F β

intérieur

F1 : α3 β3 + γ + ε

F : a + b + c + δF0 : a + b2 + c10-12 + δ

d’après Lehninger Principles of BiochemistryFourth Edition, 2004 by W. H. Freeman &

C

extérieurCompany

35L’ATP synthétase mitochondriale

Visualisation de la rotation de l’ATProtation de l ATP

synthétase

d’après Lehninger Principles of BiochemistryFourth Edition, 2004 by W. H. Freeman & Company

Cycle de la biosynthèse de

ANIMATION : http://www.faculty.iu-bremen de/springer/GenBCCBbiosynthèse de

l’ATPbremen.de/springer/GenBCCB/Lectures_21-30/Lecture_26/14-1%20ATP%20synthase.mov

14 1 ATP th

36

14-1 ATP synthase.mov

NADHNAD+NADH NAD+

Glt

H+α-KG Asp

Mal OAADHAP Glyc-P

NADH NAD

Navettes métaboliques :l t / t t

Asp

H

α KGFADFADH2

malate/aspartateet glycérol-P

AspGlt

α-KGMal OAA

NADHNAD+ NADHN D

2H+ NADPHNADP+

PS IIstroma

PQQA QB

FdFp

2e-2Cytb6f

PS IQ

PQH2P680 Mn2+

hν

P700

FeS2e2e-

PcFeS2e- 2e-

Pc

lumière

2H+H2O 2H+

+ 1/2 O2

hνPc

2e-Pc

lumière+ 1/2 O2

37Organisation et fonctions de la membrane thylacoïde

P700*E'0 (volts) transfert d'e-

hν-dépendant-0,8

P680*P Qb/f

FeSFd

Fp

hν-dépendanttransfert d'e-hν-indépendant

0 Q

b/fFeSP C

NADP+

+

Fp

b563, b552hν

hν (flux non cyclique)transfert d'e-hν-idépendant

0,8 PS II (P680)

PS I (P700)

H2O

H+P C H+

(ATP)(ATP)

p(flux cyclique)flux deprotonsprotons

ADP PPhotosynthèse et flux d’électrons

hν NADPH

ADP + Pi

Cl-

stroma

PS II PS Ie-

- - -

lumièrehνO24 H+ 2 3 H+ Mg++

+ + +

4 H 2-3 H+ Mg

38Photosynthèse, force protomotrice et synthèse d’ATP (1)

http://www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00195.html

39Photosynthèse et synthèse de l’ATP (2)

CH2OP CH2OP

CH2OPG 3PPiNADP+

= O RUBISCO

CO2

= O

-OOC CH2OP

COO-2

CH2OP

COOP2

CHO

CH2OP

ATP

ADPNADPH

H+

(1) (2) (3)(4)

(5)(7)CH2OP

CO2O2 CH2OP

CH2OH= O

FRU 1,6 P2FRU 6P

3 PGA 1,3 P2GA DHAP

CH2OPCOO-

D H

H2O

(6)2CH2OP

+

3 PGA

PGC

H2O PiFRU 6P G 3P

DHAP 2x 3 PGACO2

Pi( )

(8)

(11)

COO-

CH2OHGC

Xy 5P E 4P

S 1,7P2S 7PG 3P

H2ORu 1,5P2

2x 1,3 P2GA2 ATP

ATP 2 NADPH(9)

(11)(12)

(13)(14)(16)

COO-

CHO CH NH

O2 H2O2

αAaR 5P

Ru 5P

Xy 5P Pi

ATP ADP

2x G 3PRu 5P

(9)

(10)

(13)

(15) (16)

(16)

COO- COO-

CHOGX CH2NH2GLYαKa Ru 1,5P2

ATP ADPFRU 6P

CYCLE DE CALVIN

(10)(17)

Enzymes : 1. Rubisco, 2-6. voir gluconéogénèse, 7. Rubisco, 8. phosphatase, 9. oxydase10. transaminase, 11. transcétolase, 12. aldolase, 13. phosphatase, 14. transcétolase,

15 isomérase 16 épimérase 17 kinase15. isomérase, 16. épimérase, 17. kinase

40Photosynthèse et cycle du carbone

6 (RuBP) 12 (3-PGA) 12 (1,3-P2GA) 12 (G3P)

6 CO2 12 ATP 12 NADPH, H+

12 ADP 12 NADP+

10 (G3P) 2 (G3P)

12 PiBilan du cycle

d C l i

6 (RuBP)

6 ATP 6 ADP + 4 Pi

1 Glucose (ou 1 Fructose)

2 Pide Calvin

( ) ( )

6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH, H+

G ( F ) P P P+GLU (ou FRU) + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+

cellule mésophylle Gaîne E cellulede garde

OAA MAL

mésophylle

NADPH, H+

+

Gaîne

MAL+ +

Enzymes :1. PEP carboxylase2. MAL déhydrogénase

stomateCO2

PEP

Pi

NADP+

PYRAMP + PPi 2 Pi

PYR

NADP+ NADPH, H+

CO2Cycle deCalvin

3. Enzyme malique4. PYR dikinase5. Pyrophosphatase

ATP + Pi

(a) 6 CO2 ext + 6 ATP + 6 Pi —> 6 CO2 int + 6 AMP + 6 PPi + 6 Pi(b) 6 PPi —> 12 Pi 6 ATP + 6 AMP —> 12 ADP

y p p

Cycle en C4

41

(b) 6 PPi > 12 Pi 6 ATP + 6 AMP > 12 ADPtotal : 6 CO2 ext + 12 ATP —> 6 CO2 int + 12 ADP + 12 Pi

G3P ATP + PEROXYSOMEG3P

FRU6PCO

ATP

ATPNADPH

glycérate HO-Pyr SerNADH

NAD+7

PEROXYSOME

RuBP

3-PGACO2

PG GC

glycérateATP

1 28

GX GlyGC

N DHH2O2

O23

4

4RuBP

O2

PGC GC

Pi

Glut α-KGO2

Glutα-KG

10Gly Gly

Glut Gln

NH +9

CO2+ NH4

+

Gly Gly

C1-THF Ser5 6

NH4 + NH4CHLOROPLASTE MITOCHONDRIE

Enzymes : 1 4 voir Fig 45 5 Glycine décarboxylase 6 Sérine tyranshydroxyméthylaseEnzymes : 1-4. voir Fig. 45, 5. Glycine décarboxylase, 6. Sérine tyranshydroxyméthylase,7. Hydroxypyruvate réductase, 8. Glycérate kinase, 9. Glutamine synthétase, 10. Glutamate synthétase

Cycle photorespiratoire N42

Cycle photorespiratoire N

2 (PGC)

2 (GX)GlutGlut2 (PGC)

2 O2 2 H2O2

2 (Gly)α-KGGln HO-Pyr 3-PGA

NADH,H+ NAD+

ATP ADP2 PiGly + Gly

Met-THF SerNH4+ + CO2 CO2 + 3-PGA

i

Bilan du cycle photorespiratoire N

43 44Fixation de N2 par le complexe de la nitrogénase (1)

N2No

N2

Ro NoFdr

Ro

o

2 NH3N2

R NFdo

N2

R N

o

N

2 NH3

Rr No Ro Nr

12ADP + 12Pi

12 ATP ATP

Nr

Fixation de N2 par le complexe de la nitrogénase (2)

N≡N HN=NH2H+ + 2e- 2H+ + 2e-

H2N-NH22H+ + 2e-

2 NH34 ATP diimine hydrazine4 ATP 4 ATP

N2 + 12 ATP + 6 H+ + 6 e-—> 2 NH3 + 12 ADP + 12 Pi2 H+ + 2 e- + 4 ATP—> H2 + 4 ADP + 4 Pi

total : N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP—> 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Coût énergétique de la fixation de N2 par le

45

g q 2 pcomplexe de la nitrogénase

α-KGNH4+ NADPH, H+

GLU

NH4+ ATP

(2) GLN KG Aα KG

NADP+GLU(1) (2)

ADP+Pi

GLN

NADP+ NH4+ ATP

α-KGNH4+

(NADPH)

α-Aa

GdH TAN2

α-KG

NADPH, H+

NADPGLU(3) (2)

ADP+Pi

GLN

ATP(1) Glut déshydrogénase

GLUTNH4+

(ATP)

α-Ka"NH4+"

GS DAN2

GLN (2)ADP+PiNH4+

(1) Glut déshydrogénase(2) Gln synthétase(3) Glut synthétase

( )GLN

ATP PPi

Assimilation et distribution de NH4+

ATPA

2 UTP2 UMPATP+

TYR-O-P-O-adénosinePA

ATPD 2 PPiUMP2 H2O

ATP+α-KG+GLN-

GLN+α-KG-

AT : adénylyl

TYR-OH UTGS GS

PD

PiADP

UMP AT : adénylyltransférase/adénylase

UT : uridylyltransférase/uridylase

46Régulations de la glutamine synthétase

1° α-KG —> GLUT —> GLN, PRO, ARG2° OAA —> ASP —> ASN, MET, LYS, THR (—> ILE)3° PYR —> ALA, VAL, LEU3 PYR ALA, VAL, LEU4° 3-PGA —> SER —> CYS, GLY5° RIB-5P —> HIS6° PEP + E4P —> TYR, TRP, PHE (—>TYR) NB : les Aa essentiels sont soulignés NB : les Aa essentiels sont soulignés

3-PGA

NAD+

POCH2-CO-COO-GLU

POCH2-CH(NH3+)-COO- HOCH2-CH(NH3+)-COO-

H20

P

N

N

NHH2N THF

5

NADH,H+ α-KG Pi

N5,N10-méthylène-THF

Sérine

N NHOH NH CONH-Glut

10

NH3+-CH2-COO-

Glycine

ThyNADH H+ Met ATP

NH

NH

R

Ser

GlyNH

NH

N

N RCH2NAD+

yNADH, H+

NH

N

RCH3 NHHCOO

Met SAM

Pi + PPiRCH3-RTHFN5-Me-THF

THF

RNH N RCH2

N5,N10-méthylène-THF

CH3N5-méthyl-THF

NH

NH H2O

HCOO-

ATP ADP + Pi

NH

SAHHomo-Cys

H2O

adénosineSerH2O

NADPH

H+ NADP+

NH

RGly

NH

N10-formyl-THF

N+

N RCH

N5,N10-méthényl-THF

O=CHCystathionine

H2O

NH4+ + α-cétobutyrate + Cystéinepurines

NH4 + α-cétobutyrate + Cystéine

47Biosynthèses de Ser, Gly et Cys

NH + Glut α KaNH4+

HCO3-2 ATP

Glut α-Ka

A

123

NH2-COO-P

Ornithine

α-KG α-Aa

MITO4

CitrullineFumAsp

Asp

Citrulline Ornithine CYTO

5 Asp

Arg. succinate

ATP

Arg

Urée5

67

NH2-CO-NH2g Arg

Fum

NH3+-CH(R)-COO-

Ornithine : R = -(CH2)3-NH3+ Citrulline : R = -(CH2)3-NH-CO-NH2

Arg. succinate : R = -(CH2)3-NH-C(=NH)-NH-CH(CH2-COO-)-COO-

48Elimination de l’azote & cycle de l’urée

Leu, LysIleuAla, Cys yPhe, Trp

TyrLeuTrp

yGly, SérThr, Trp

GLU

Pyr AcCoA AcAcCoAPEP

Asp CIT

Glt, GlnAsp

AspAsn OAA CIT

CO2

Arg, HisPro

PheTyr

α-KG

SuccCoA

Fum

Ile, MétThr, Val

CO2

hr, Va

cétogéniquesglucogéniquesAminoacides :

49Elimination/recyclage des carbones & cycle de Krebs

Maintien du potentiel de membrane (transports

INTEGRATION

Modif. [GLU] sang :

sécrétion Insuline et

l

(transports d ’ions)

Emission de signaux vers

glucagon

Traitement des sucres,

graisses et

autres organes

graisses et protéines

alimentaires.

Distribution d li id

Transport des lipides des

intestins au foiedes lipides,

corps cétoniques et glucose aux autres tissus Synthèseautres tissus

Exportation de N excès (urée)

Synthèse, stockage et mobilisation

des TAG

Transports des aliments au foie

Absorption des aliments,

distribution vers sang et

Utilisation de l ’ATP pour un travail mécanique

vers sang et lymphe

50d’après Lehninger Principles of Biochemistry

Fourth Edition, 2004 by W. H. Freeman & Company

Foie et métabolisme des sucres

51

Foie et métabolisme des sucres Foie et métabolisme des lipides52

Foie et métabolisme des lipides

Foie et métabolisme des aminoacides

53