DFGSM2 - · PDF fileCours 4 et 5 : Métabolisme de l'azote et physiopathologie - Dr. B. Chadefaux-Vekemans ..... 67 . Cours 6 : Obésités, lipogenèse - Pr. D

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D F G S M 2

2015/2016

TRONC COMMUN UE 3

GéNéTiqUE / MéTabOlisMEPartie métabolisme

« Les reproductions d’oeuvres protégées contenues dans ce document sont réalisées avec l’autorisation du CFC (20, rue des Grands Augustins – 75006 Paris) »

SOMMAIRE Cours 1 : Métabolisme du glucose - Dr. F. Brouillard ............................................................................................... 5 Cours 2 : Métabolisme des glucides, glycolyse - Dr. F. Brouillard ....................................................................... 23 Cours 3 : Métabolisme des glucides, néoglucogenèse - Dr. F. Brouillard ........................................................... 43 Cours 4 et 5 : Métabolisme de l'azote et physiopathologie - Dr. B. Chadefaux-Vekemans ............................. 67 Cours 6 : Obésités, lipogenèse - Pr. D. Ricquier ................................................................................................... 113 Cours 7 : Lipolyse, oxydation, lipoprotéines - Pr. D. Ricquier ............................................................................ 147 Cours 8 : Métabolisme des purines et des pyrimidines - Dr. I. Céballos-Picot ................................................ 182 Cours 9 : Stress oxydant - Pr. R. Barouki ............................................................................................................. 206

UE3: GENETIQUE / METABOLISME

Métabolisme des glucides Cours 1-Métabolisme du glucose

Franck Brouillard

[email protected]

Point 1 : quelques généralités sur le métabolisme

SCHWANN THEODOR (1810-1882) Métabolisme: modifications chimiques survenant dans les tissus vivants

UE 3 - Métabolisme DFGSM 2

Faculté de médecine Paris Descartes 2015/2016

5

1) METABOLISME, ANABOLISME ET CATABOLISME

2) L’ETUDE DU METABOLISME PERMET DE COMPRENDRE DE NOMBREUSES PATHOLOGIES

• L’analyse génétique seule ne permet pas de comprendre les aspects physiopathologiques et d’envisager des solutions thérapeutiques connaissances en biochimie nécessaires

• Il existe de nombreuses maladies métaboliques, héréditaires ou non (acquises)

- fréquentes (incidence : 1 naissance sur 1500! )

- conséquence d’un déficit enzymatique génétique sur l’une des nombreuses

voies métaboliques (glucides, protéines, acides gras, …)

Les maladies métaboliques héréditaires



6

3) L’ETUDE DU METABOLISME EST COMPLEXE

Le métabolisme est le résultat d’interactions entre des éléments répartis sur plusieurs niveaux d’organisation prendre en considération tous les niveaux

- Plusieurs schèmes explicatifs: mécanismes molécularo-mécanistiques, réactions de la chimie organique, lois physiques (thermodynamiques)

- Carrefour de plusieurs champs disciplinaires (chimie, biologie moléculaire et cellulaire, physiologie)

L’étude du métabolisme est pluridisciplianire

LES DIFFERENTS NIVEAUX D’ORGANISATION DU METABOLISME

4) PATHWAYS, NETWORK: LES REPRESENTATIONS DU METABOLISME

Chaque voie (pathway) est une suite de réactions enzymatiques.

Le flux des métabolites : - dépend des réactions les plus lentes - est régulé en fonction des

conditions internes et externes adaptation métabolique

Du point de vue fonctionnel, les voies empruntées (qualitatif) et le flux des métabolites (quantitatif) sont les paramètres importants.

Notion de spécialisation métabolique tissulaire



7

• une voie métabolique est généralement formée de réactions réversibles et de quelques réactions irréversibles.

• chaque voie (pathway) est globalement irréversible • une des étapes initiales est souvent une réaction de type irréversible • les voies cataboliques et anaboliques différent au moins par leurs étapes

irréversibles.

5) REGLES ELEMENTAIRES DE CIRCULATION DANS LE METABOLISME

1 2 3 4 5 6 7

X Y

Dans une voie métabolique Le flux est déterminé par la vf de la réaction irréversible qui est limitante. Cette réaction est souvent la cible de mécanismes de régulation.

irréversible réversible

1 2 3 4 5 6 7

Z

E1 E2 E3 E4 E5 E6

3) REG ALLOSTERIQUE & NEGATIVE FEEDBACK

1) REG PAR LE PRODUIT

La régulation du flux métabolique

4) REG PAR MODIFICATION COVALENTE

5) REG DU NIVEAU D’EXPRESSION (synthèse et dégradation)

6) REG PAR RELOCALISATION

-

- +

Ces mécanismes de régulation sont réversibles, ce qui permet d’adapter plus ou moins rapidement le flux métabolique aux changement de conditions.

OU

Différents types de mécanismes

notion de compartimentation 2) REG PAR LA DISPONIBLITE DU SUBSTRAT



8

Mécanismes de régulation

Modification covalente des enzymes (Phospho/déphosphorylation)

Délai de mise en œuvre

minutes / heures

heures / jours

minutes

minutes

Disponibilité des substrats

Régulation allostérique des enzymes

Modification de synthèse des enzymes (régulation transcriptionnelle et post-T)

La régulation du flux métabolique

Délai de mise en œuvre des mécanismes de régulation

1 2 3 4 5 6 7

Z DEFICIT EN 5 BLOCAGE DE LA VOIE

ACCUMULATION DE 4

E4 E1

LA TRANSFORMATION EN Z PEUT AUGMENTER

Le modèle de base de la maladie héréditaire du métabolisme

mutation

x



9

Point 2 : généralités sur le métabolisme des glucides

COEUR CERVEAU MUSCLES HEMATIES

TISSU ADIPEUX

LE METABOLISME DES GLUCIDES APPORTES PAR L’ALIMENTATION

vs sanguin

INTESTIN

Lors de la digestion, la veine porte conduit, de l’intestin vers le foie, des quantités importantes de sucres qui sont captés par les hépatocytes. Le glucose est stocké (sous forme de glycogène) par ces cellules (30%).

fructose

amidon lactose glucose

glucose fructose galactose

galactose

LUMIERE

FOIE V porte

sucrose



10

• GLYCEMIE à jeun= 0,9g/l (5 mM) homéostasie du glucose

• Dans l’organisme, le glucose provient: - de l’alimentation - du glycogène (glycogénolyse hépatique) - de lactate, d’acides aminés (dégradation protéique), de glycérol libéré à partir des triglycérides du tissu adipeux (néoglucogenèse)

• Le glucose peut être stocké - sous forme de glycogène (foie, muscles) - de triglycérides (tissu adipeux)

pour assurer le maintien de la glycémie en cas de besoin

2) LA CONCENTRATION DE GLUCOSE EST ETROITEMENT REGULEE

> 1,26g/l (7 mM) : HYPERGLYCEMIE, chronique = DIABETE

Origine métabolique

< 0,6-0,7 g/l (3,3 -3,9 mM) : HYPOGLYCEMIE

Le glucose constitue un substrat énergétique:

immédiatement disponible pour la majorité des cellules de l’organisme utilisable par toutes les cellules (métabolisme ubiquitaire) « obligatoire » pour un certain nombre de cellules (cerveau, hématie, médullaire rénale, spermatozoïde) capable de donner de l’énergie en l’absence d’oxygène (fermentation)

3) LE GLUCOSE, UN ACTEUR IMPORTANT DU METABOLISME ENERGETIQUE

Cycle pyranose



11

Glycogène

Glucose-1-P

Glucose-6-P

Pyruvate

Acétyl-CoA

Cycle de

Krebs

NADH et FADH

O 2 + ADP

Glucose

GLYCOLYSE

CO2

H2O + ATP

glycogénolyse glycogénogénèse

NEOGLUCOGENESE NADH

Chaîne respiratoire

3) LE METABOLISME ENERGETIQUE DU GLUCOSE ET DU GLYCOGENE

Voies cataboliques

Voies anaboliques

Glycolyse oxydation du glucose en acide pyruvique; constitue la première phase du catabolisme du glucose.

Néoglucogenèse: production de glucose à partir de précurseurs non glucidiques (lactate, aa glucoformateurs, glycérol)

Glycogénolyse voie catabolique conduisant à la dégradation du glycogène en glucose 6-phosphate

Glycogénogenèse voie de synthèse de glycogène à partir de glucose

LES PRINCIPAUX ACTEURS A L’ECHELLE DE L’ORGANISME

http://mybiomedart.wordpress.com/

Glc = substrat énergétique Glc substrat énergétique obligatoire

stocke le Glc en glycogène stockage du Glc en triglycérides

- 1er organe traversé - stocke le Glc en glycogène - glycogénolyse -seul capable de libérer du Glc dans le sang (rein) - néoglucogenèse - consommateur d’insuline

glycogénolyse

hydrolyse des glucides absorption néoglucogenèse

néoglucogenèse

- ne traversé1er organ- stocke le stocke le Glc en glycogène- glycogénolyse-seul capable de libérer du Glc dans le sang (rein)- néoglucogenèse- consommateur d’insuline

TISSU ADIPEUX

INTESTIN

CERVEAU

FOIE REIN

MUSCLE

HEMATIE

médulla rénale: Glc = substrat obligatoire



12

Hyperglycémiant (glucagon, adrénaline, cortisol)

Hypoglycémiant (insuline)

Glycogénogenèse (foie)

glycogénolyse

lipogenèse (T adipeux) lipolyse (T adipeux)

néoglucogenèse

( )

4) LA REGULATION DE LA GLYCEMIE EST ASSUREE PAR 2 SYSTEMES HORMONAUX

+

-

- +

+ +

+

-

-

-

glycolyse + - (foie, muscle)

(foie, muscle)

foie

A T P A M P c

G l u c a g o n

C y c l a s e R G

P r o t é i n e k i n a s e C R

A M P c C R

P h o s p h o r y l a t i o n s u r S e r / T h r é o

d é p e n d a n t e d e l ' A M P c R C



13

5) LE DIABETE DE TYPE I

• Signes cliniquesapparaît surtout entre 10 et 15 ans polyurie, soif intense (polydipsie), amaigrissement , appétit augmenté (polyphagie) hyperglycémie : 1,26 g/l (7 mM) à jeun, à 2 g/l (11 mM) 2H après surcharge orale de glucose, parfois présence d'acétone dans les urines et haleine à l’odeur acétonique

• Fréquence: 10-15% des diabètes

• Thérapie: régime et prise d’insuline

• Etiologie maladie auto-immune dans 90 % des cas, aboutissant à une destruction totale des cellules pancréatiques.

Entrée de glucose dans les c/ (muscle, T adipeux), glycogénolyse et néoglucogenèse hyperglycémie

Lipolyse au niveau du T adipeux ( des AG dans le plasma) amaigrissement, polyphagie

Synthèse de corps cétoniques , cétonémie, (odeur de l’haleine, vomissements), acidose (dyspnée, atteinte cérébrale, coma acidocétosique : complication aigue)

Prédisposition génétique

CHAPITRE 1: ENTREE DU GLUCOSE DANS LES CELLULES



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Les sodium glucose cotransporteurs « SGLT » transport actif secondaire plusieurs types, ex: SGLT-1, 60 kDa, 12 hélices abondants dans l'épithélium du tube digestif et du tubule rénal (néphron). utilisent le gradient transmembranaire de Na pour faire pénétrer spécifiquement le glucose dans la cellule (rapport de 1 glucose pour 1 Na).

Transport transmembranaire du glucose dans les cellules des bordures en brosse

Glucose

Glucose

Na+ intestin (et rein)

GLUT2

SGLT1

c/ épithéliale

Glucose

vs sanguin

LUMIERE

c/ épithéliale

d i f f u s i o n f a c i l i t é e

d i f f u s i o n s i m p l e

V m a x

0 0 1 2 3 4 5 C o n c e n t r a t i o n d u g l u c o s e (mM)

Le transport facilité du glucose s’effectue dans le sens du gradient de concentration du plus concentré vers le moins concentré.

transport passif (facilité) par les perméases du glucose « GLUT »

GLUT-1 à GLUT-5 = glucose transporter transport de type uniport spécificité variable: certains GLUT transportent d'autres sucres (ex, GLUT-2 transporte le glucose mais aussi le fructose et le galactose, GLUT-5 transporte spécifiquement le fructose)

Transport transmembranaire du glucose dans les autres cellules



15

% V m a x

G l u t 2

G l u t 1 - G l u t 3 1 0 0

5 0

0 0 2 0 1 0

Les caractéristiques cinétiques des transporteurs GLUT leur confèrent des propriétés fonctionnelles différentes

• Les différents transporteurs GLUT ont des propriétés cinétiques différentes

L’import de glucose dans la cellule par GLUT2 - est particulièrement rapide quand la glycémie excède les valeurs habituelles post-prandiales. - évolue progressivement dans la gamme des valeurs physiologiques de la glycémie. Glucose (mM)

2 4

Glut1 Glut2 Glut3 Glut4

Km (mM) 0.5 15

Tissus

Fonction Captage efficace à bas glucose

Sensible à l’insuline

Détecteur des variations

de glycémie

Ubiquiste Barrière hémato-

encéphalique

Neurones Muscles Tissu adipeux

Foie Cellules ß (rongeurs)

Les caractéristiques cinétiques des transporteurs GLUT leur confèrent des propriétés fonctionnelles différentes



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L’insuline favorise l’entrée cellulaire du glucose en activant la translocation de GLUT4 à la membrane plasmique (Vmax –capacité augmentée-).

Dans l’adipocyte et la fibre musculaire squelettique

Il y a relocalisation rapide de GLUT4 (situé au niveau de vésicules de stockage) à la membrane plasmique.

Régulation des transporteurs GLUT4 par l’insuline

Le passage du glucose à travers la barrière hématoencéphalique se fait grâce à GLUT-1, (codée par un des 12 gènes SLC2A). Le déficit de ce transporteur est à l’origine d’un syndrome, décrit par De Vivo en 1991. • Tableau clinique épilepsie à début précoce qui devient rapidement pharmacorésistante, retard mental de sévérité variable avec microcéphalie acquise signes neurologiques à type d’ataxie, dystonie, spasticité ou hypotonie. • L’examen clé ponction lombaire réalisée à jeun qui met en évidence une hypoglycorachie, alors que la glycémie est normale. • Traitement Le seul traitement est le régime cétogène

Le syndrome de déficit en GLUT-1 ou maladie de De Vivo



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L’entrée du glucose dans les cellules est suivie d’une phosphorylation du glucose en G6P

• Le G6P est une forme de glucose piégé dans la cellule

• Le G6P est un carrefour métabolique (hub) , glycolyse, glycogène, voie des pentoses P, glucose dans le foie, ....

Glucose Glucose 6-Phosphate

ATP ADP

Hexokinases (I,II,III) Glucokinase (HK IV) FOIE, PANCREAS c/ , …

• La phosphorylation du glucose en G6P est catalysée par les hexokinases (I-III et la glucokinase). Réaction irréversible = très exergonique

Mg2+

6mM (S0,5)0.1

Hexokinases (I-III) Glucokinase (HK IV)

Inhibition par G6P

Km (mM)

oui non

La phosphorylation du glucose en G6P est assurée par les hexokinases et la glukokinase (HK IV)

cerveau



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Hexokinase

Glucose

Glucose-6-P

G 6-P

Glucose

L’hexokinase est régulée par son produit de réaction, le G6P

active inactive

Régulation allostérique

Muscle squelettique, cerveau

G6P: - inhibition compétitive au niveau du site actif (site de fixation de l’ATP) - par effet allostérique au niveau d'un site effecteur

6mM (S0,5)

Glucokinase (HK IV)

Inhibition par G6P

Km (mM)

non

La glukokinase a des propriétés cinétiques remarquables

1) affinité pour le glucose 6 mM (S0.5 ) active en situation postprandiale

La glucokinase fonctionne comme un glucose sensor très sensible dans la gamme des valeurs physiologiques de la glycémie.

3) La réaction n’est pas inhibée par le G6P ou d’autres produits de la glycolyse

2) La vitesse de la réaction catalysée évolue de façon sigmoïde (pas hyperbolique) en fonction de [glucose ](effet coopératif, non allostérique).

Si le transport du glucose n’est pas limité, la GCK forme du G6P de façon uniquement dépendante de [glucose]e.

FOIE, PANCREAS c/ , …



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Rôle de la glucokinase

Ses propriétés cinétiques permettent une adaptation métabolique du foie (glycolyse et glycogenogenèse) à l’augmentation de la glycémie postprandiale

Induite par l’insuline

Elle constitue le glucose sensor permettant aux cellules de répondre par une sécrétion d’insuline rapide à l’augmentation de la glycémie.

Dans le foie Dans le pancréas

Comment l’augmentation de la glycémie déclenche-t-elle une sécrétion d’insuline?

La glucokinase est le « glucose sensor » des cellules

Mécanisme de la sécrétion d'insuline dans les cellules beta du pancréas

Canal K+ Canal Ca++

ATP/ADP

Dépolarisation

Ca++

Insuline +

Granules d'insuline

Glucose Glucose G-6-P

Glucokinase Glut-2

Pyruvate

CO2

Mitochondrie

Cycle de

Krebs

+



20

Des mutations du gène de la glucokinase sont responsables de diabètes (MODY2)

Mutation du gène glucokinase

FOIE Diminution de l’activité glucokinase

Ralentissement du flux glycolytique

Niveau glycémique sous évalué

Faible réponse insulinique

GLYCOGENOGENESE NEOGLUCOGENESE

PANCREAS

HYPERGLYCEMIE

CHAPITRE 2: LA VOIE DE LA GLYCOLYSE ET SA REGULATION



21



22


Cours 2 sur le métabolisme des glucides Régulation de la glycolyse

Conversion des oses Métabolisme du glycogène

Franck Brouillard

LA VOIE DE LA GLYCOLYSE (PATHWAY)

• 10 étapes à partir du glucose (9 à partir du G-6P)

• voie ancestrale concernant toutes les cellules de l’organisme

• 3 réactions irréversibles

• toutes cytosoliques

voie d'Embden-Meyerhof-Parnas



23

1 Hexokinase

2 Phosphoglucose isomérase

3 Phosphofructokinase

4 Aldolase

5 Triosephosphate isomérase

6 Glyceraldéhyde 3-phosphate dHase

aldose, noyau pyranose

cétose, noyau furanose

7 Phosphoglycérate kinase

8 Phosphoglycéromutase

9 Enolase

10 Pyruvate kinase

Glycolyse (1)

2 molécules d’ATP sont investies: l’une pour phosphoryler le glucose ( HK) l’autre pour phosphoryler le fructose-6-phosphate en fructose-1,6-bisphosphate (PFK)

La première partie de la glycolyse sert à convertir le glucose-6-phosphate en fructose-6-phosphate, forme plus réactive à la coupure en triose phosphate (par l’aldolase).



24

Glycolyse (2)

A l’équilibre, 96% des trioses phosphate sont sous forme de dihydroxyacétone phosphate (DHAP), seul le glycéraldéhyde 3-phosphate (GAP) est utilisé dans la glycolyse. Il existe une conversion continue du DHAP en G3P.

La deuxième partie correspond au clivage en trioses P par l’aldolase et à l’isomérisation du DHAP en G3P.

Glycolyse (3)

La troisième partie correspond à l’oxydation du G3P en pyruvate.

La conversion d’une molécule de G3P en pyruvate s’accompagne de la formation de 2 molécules d’ATP

4 molécules d’ATP sont donc générées cette partie de la glycolyse.

Le pyruvate est un carrefour métabolique (hub)

(Phosphoglycérate kinase,Pyruvate kinase)



25

La glycolyse anaérobie

Pyruvate Lactate

NAD+ NADH

Lacticodeshydrogénase (LDH)

- le pyruvate est réduit en lactate - le NAD+ est régénéré - le lactate est libéré dans la circulation et recyclé par le foie (à 70%) + le rein et le cœur - NADH/NAD+ favorise l’ de lactate (ex: l’hypoxie où lactate/pyruvate )

La fermentation lactique

(ex: muscle lors d’un effort intense prolongé, GR)

Lactate

Glucose

2 Pyruvate 2 Lactate

2 ATP

2 ADP 2 NAD+

2 NADH

Lactate

La glycolyse anaérobie La fermentation lactique



26

Glucose

2 Pyruvate

2 Acéyl-CoA

Cycle de Krebs

Phosphorylation oxydative

6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

2 NAD+

2 NADH

2 NADH

2 FADH 6 NADH

2 GTP

6 O2

2 ADP + 2 Pi

2 ATP Alors que la glycolyse aérobie fournit 38 ATP par molécule de glucose métabolisé, la glycolyse anaérobie ne fournit que 2 ATP par molécule de glucose métabolisé

La glycolyse aérobie

Tumeurs et glycolyse

La glycolyse anaérobie est la seule voie métabolique capable de produire de l’ATP lorsque les tissus ou cellules possèdent peu ou pas de mitochondries (hématie) ou lorsque l’apport en oxygène aux tissus est réduit (tumeur).

Le rôle de HIF dans les tumeurs

Les cellules tumorales croissent souvent plus rapidement que les vaisseaux qui les nourrissent en oxygène. Elles sont hypoxiques. La glycolyse anaérobie est alors la principale source d’ATP et ces cellules doivent utiliser des quantités considérables de glucose pour leurs besoins.

« Effet Warburg »

RVEGF

Le captage de glucose et la glycolyse (anaérobie) sont augmentés dans les tumeurs.

Rohren E M et al. Radiology 2004;231:305-332



27

Différents mode de régulation de l’activité des enzymes

Les mécanismes de régulation de la glycolyse Adapter le flux glycolytique aux besoins énergétiques de la cellule et aux signaux hormonaux

4 niveaux de contrôle - Entrée du glucose - Phosphorylation du glucose - Phosphorylation du F6P - Production du pyruvate

Plusieurs régulateurs : - AMP/ATP: état énergétique de la cellule - F26P - Insuline et Glucagon/cortisol: messagers hormonaux

1) par leur produit de réaction 2) par des facteurs allostériques 3) par phosphorylation/déphosphorylation, déclenchées par des hormones ou d’autres voies de signalisation 4) par modification de leur niveau d’expression 5) par relocalisation subcellulaire

Les niveaux de régulation de la glycolyse

Pyruvate

ATP

ADP

Pyruvate

CO2 + H2O

Mitochondrie

Glucose

Glucose-6-P

Fructose-6-P

Fructose-1,6-P2

Fructose-2,6-P

PEP

Phosphofructokinase

Pyruvate kinase i r r é ve r i b l e

Hexokinase Glucokinase

catalyse l’étape limitante de la glycolyse (irréversible).

(FOIE)

GLUT2,4



28

Régulation de la Pyruvate kinase

Vitesse déphosphorylée

phosphorylée

Concentration du PEP

P P

P P L-Pyruvate kinase

PEP + ADP +H+

Pyruvate + ATP

Kinase

Ptase

Active Inactive

par phospho/déphosphorylation (L, FOIE)

ATP (Inh allostérique)

Fructose-1,6-P2

-

+

2 grands types de pyruvates kinase : M (muscle et cerveau) et L (liver)

L coopérative

par effecteur allostérique (L+M)

• Mécanisme permettant de limiter la consommation de glucose par le foie quand il est en priorité nécessaire au cerveau et aux muscles.

Glucagon +

AMPc

• Les différentes isoenzymes expliquent la diversité des réponses métaboliques des différents tissus.

Ceci est dû à l’activité adénylate kinase, AK, qui catalyse la réaction:

[ATP]i , [AMP]i et état énergétique de la cellule Le rapport ATP/ADP est relativement stable, même quand l’ATP est consommé (et l’ADP produit).

Du fait de cette activité, de faibles variations d’ATP intracellulaire s’accompagnent généralement de forts changements d’AMP (le rapport AMP/ATP: indicateur de l’état énergétique de la c/).

ATP ADP AMP AK

CONSOMMATION D’E

AMP Kinase

2ADP ATP + AMP adénylate kinase

enzymes AMP sensibles (PFK1)

canaux K-ATP PRODUCTION

AMP sensors -

(catabolisme glycolyse)

+

(AMP/ATP)



29

AMP

ATP R, active T, inactive

F-6-P + ATP

F-1,6-P2+ ADP

régulation allostérique par l’ATP et l’AMP

Régulation de la PFK1 (1)

(homotétramère) phosphofructo-1-kinase

C o n c e n t r a t i o n d u f r u c t o s e - 6 - P

V i t e s s e d e l a r é a c t i o n

A T P / A M P é l e v é

A T P / A M P b a s

AMP

ATP R, active T, inactive

F-6-P + ATP

F-1,6-P2+ ADP

L’AMP a un effet activateur sur la PFK1 (contraire de l’ATP)

La charge énergétique de la cellule (ATP/AMP) contrôle l’activité de la PFK1

régulation allostérique par l’ATP et l’AMP


(homotétramère) phosphofructo-1-kinase



30

Acyl-CoA

Acides gras

Le flux glycolytique est donc aussi contrôlé par l’oxydation des acides gras


(homotétramère)

F-6-P

F-1,6-P2

phosphofructo-1-kinase

citrate

OAA

AMP

active inactive

Oxydation des AG

régulation allostérique par les acyl-CoA et le citrate


F-2,6-P2

Le Fructose 2,6-bisphosphate est un activateur allostérique qui déplace l’équilibre conformationnel de la forme T à la forme R (active).

(homotétramère)

F-6-P + ATP

F-1,6-P2

phosphofructo-1-kinase R, active T, inactive

ATP

régulation allostérique par le fructose 2,6-bisphosphate

Question: qu’est-ce qui fait varier [F2,6-P2] dans la cellule?

1980

Le Fructose 2,6-bisphosphate n’est pas un intermédiaire de la glycolyse.



31

• L’activité de cette enzyme bifonctionnelle est régulée par phospho/déphosphorylation

PFK2

FBPase2

• La PFK2 est une enzyme bifonctionnelle (kinase du F6P et phosphatase du F2,6P)

1 protéine: Phosphofructo-2-kinase et Fructose-2,6-bisphosphatase

Régulation de la PFK1 par l’activité PFK2 et le F2,6-P2

F-6-P

F-1,6-P2

phosphofructo-1-kinase (PFK1)

C O O H N H 2 PFKinase2 FBPase2

F-2,6-P2 Le niveau de l’activateur F2,6P est déterminé par son taux de synthèse par PFK2 et d’hydrolyse par FBPase2.

L’activité de l’enzyme bifonctionnelle, donc le niveau de F2,6-P est aussi régulée par l’AMPK, c’est-à-dire par l’état énergétique de la cellule.

Phosphorylation par l’AMPK

SerP

PFK2

F-6-P

F-2,6-P2

Régulation de la PFK1 par l’activité PFK2 et le F2,6-P2

F-6-P Kinase

F-2,6-P2 Pase P

Déphospho

Phospho

PFK2

FBPase2

[F2,6-P]

[F2,6-P]

glycolyse stimulée

glycolyse freinée Glucagon

PKA AMPc

Insuline PPase

Le glucagon et l’insuline régulent l’activité de la PFK2, donc le niveau de F2,6-P, et ainsi le flux glycolytique hépatique.

glycémie

PFK1

FOIE



32

L’ischémie cardiaque et l’augmentation du flux glycolytique

La réduction de l’apport en oxygène induit une accélération rapide de la glycolyse 1- Explication classique : Stimulation allostérique de la PFK1 par l’augmentation du rapport AMP/ATP

2- Autre explication : Phosphorylation (activation) de la PFK2 par l’AMPK en réponse à l’augmentation du rapport AMP/ATP

Dans le cœur ischémique, la stimulation de la glycolyse est due à l’augmentation concomitante du transport de glucose et du rapport AMP/ATP

1- L’AMP active la PFK1 par un effet allostérique

2- Le rapport AMP/ATP active l’AMPK qui phosphoryle la PFK2, augmente le F-2,6-P2 qui stimule la PFK1 par effet allostérique.

CHAPITRE 3: L’ENTREE DES HEXOSES DANS LA GLYCOLYSE

Le fructose et le galactose , deux hexoses abondants, peuvent entrer dans la glycolyse



33

• Le fructose est un produit de l’hydrolyse intestinale du sucrose (glucose + fructose): 15-20 % des calories/jour.

• Le fructose est principalement métabolisé par le

foie via la voie du fructose 1-phosphate. 3 étapes:

phosphorylation en C1 du fructose par la fructokinase

coupure en glyceraldéhyde et dihydroxyacétone phosphate par une aldolase.

phosphorylation du glyceraldéhyde en G3P par la triose kinase

Pyruvate

Le fructose peu entrer dans la glycolyse

x2

FOIE

• Le fructose peut être métabolisé par le muscle, le rein et par le tissu adipeux par l’intermédiaire de l’hexokinase (moins d’affinité pour le fructose que pour le glucose).

GLYCOLYSE

GLUT2

L’entrée du galactose dans la glycolyse

Dans le foie

Conversion du galactose en un métabolite du glucose (le glucose 1-phosphate)

Au niveau intestinal

la lactase catalyse l’hydrolyse du lactose en glucose et galactose. (“déficiences” en lactase: intolérance au lactose)

Phosphorylation du galactose en galactose 1-phosphate par la galactokinase

• 4 étapes:

GLUT1-2



34

le Galactose 1-phosphate gagne le groupe uridyl de l’UDP-Glucose par la galactose 1-phosphate uridyl transférase. Du G1P est ainsi libéré.

l’UDP-Galactose est converti en UDP-Glucose par la une 4-épimérase.

l’ UDP-Glucose est recyclé

Galactose + ATP Glucose 1-phosphate + ADP + H+

L’entrée du galactose dans la glycolyse

BILAN:

Le défaut de l’une de ces trois enzymes cause une galactosémie (intolérance au galactose).

• Prévalence: 1 nouveau-né sur 35 000 en Europe. • Tableau clinique Dès les premiers jours de vie: refus de boire, vomissements, ictère, léthargie, hépatomégalie, œdème et ascite. Non traitée, l'affection évolue rapidement vers la défaillance hépatocellulaire et rénale avec septicémie à gram- (E coli). Une cataracte nucléaire apparaît en quelques jours ou semaines et devient rapidement irréversible (dépôt de métabolites du Gal).

• Diagnostic mise en évidence de l'accumulation de galactose-1-phosphate érythrocytaire, démonstration du déficit enzymatique de l'une des enzymes de la voie métabolique du galactose, confirmation des mutations du génome

• Traitement Régime alimentaire sans galactose. En dépit de ce régime, des complications neurologiques et des troubles endocriniens surviennent.

Le déficit en galactose-1-phosphate uridyl transférase (GALT)



35

CHAPITRE 4: LE METABOLISME DU GLYCOGENE: GLYCOGENESE et GLYCOGENOLYSE

Le glycogène: une réserve de glucose • Réserve animale de glucose

• Polymères de résidus glycosyles liés en (1-4) avec des branchements (1-6)

• Surtout : - dans le foie (65g/kg, ~100g): glucose d’origine alimentaire ou issu de la néoglucogenèse. - le muscle strié (14g/kg, ~ 400g): glucose provenant essentiellement du glucose circulant destiné aux besoins propres du muscle.

• Polymères assemblés sur une protéine, la glycogénine.

• Forment des granules visibles en microscopie.

1-4 1-6

GLYCOGEN IN LIVER CELLS Stained with carmin, nuclei are stained with haematoxylin

OH glycogénine



36

La glycogénogenèse

FOIE MUSCLE

GLUCOSE

Glc

G6P

G1P

GLYCOGENE

GLYCOLYSE

Glc

G6P

G1P

GLYCOGENE

GLYCOLYSE

Glc

G6P

GLYCOLYSE

ALIMENTATION

TISSUS GLUCO DEPENDANTS

La glycogénogenèse s’effectue principalement dans le foie et le muscle

x

UDP-GLUCOSE

UDP-glc pyrophosphorylase

GLUCOSE circulant

Glycogène synthase

phosphoglucomutase

Enz branchant

Glycogène phosphorylase

GLUCOSE G6 Pase

La synthèse et la dégradation du glycogène s’effectuent par des voies métaboliques distinctes et exclusives

enz débranchant

(foie)

GLYCOGENOGENESE GLYCOGENOLYSE

GLUCOSE 6-P

GLYCOGENE

GLUCOSE 1-P GLYCOLYSE

Hexokinase (muscle) glucokinase (foie)



37

Phosphorylation du Glucose en G6P par la glucokinase (foie) et l’hexokinase I,II (muscle)

Isomérisation du G6P en G1P par la phosphoglucomutase

Activation du Glucose sous forme uridylique d’UDP-glucose grâce à l’UTP par l’UDP-glucose pyrophosphorylase (glucose-1-phosphate uridylyltransférase)

La glycogénogenèse (1) I- formation de l’UDP-glucose: 2 étapes

PPi + H2O 2Pi Réaction réversible, mais l’hydrolyse du pyrophosphate par la pyrophosphatase rend cette réaction irréversible ( G=-19,2 kJ/mol).

Mise en place des embranchements 1,6 par l’enzyme branchant.

Synthèse de chaînes linéaires 1,4 : addition de résidus glucose, formation de liaisons O-glycosidique 1,4 par la glycogène synthase.

La glycogénogenèse (2)

II- allongement et ramification des chaînes de glycogène: 2 étapes

Donc: la molécule de glycogène croit par allongement de ses branches (glycogène synthase), élagage et greffe sur une autre branche (enzyme branchant).

enzyme branchant



38

L’addition d’une molécule de glucose à la molécule de glycogène consomme peu d’énergie (équivalent 2 molécules d’ATP à partir du glucose).

Glucose 6-P + ATP + [Glycogène]n + H20 [Glycogène]n +1 + ADP + 2Pi

Bilan de la glycogénogenèse

La réaction de branchement a deux conséquences sur le glycogène : - l’augmentation de la solubilité - l’augmentation du nombre de résidus terminaux permettant un recrutement plus rapide des unités glucidiques lors d’un besoin énergétique.

avantage d’une molécule très ramifiée

GLYCOGENE

GLUCOSE 1-P

UDP-GLUCOSE


GLUCOSE 6-P GLUCOSE

Glycogène synthase

La glycogène synthase est l’enzyme clé

+


phosphoglucomutase

Permet de stocker le glucose en période postprandiale dans le foie et les muscles.

Enz branchant

Régulation de la glycogénogenèse

Sous le contrôle d’hormones (insuline, glucagon, adrénaline) et de l’état énergétique de la cellule (AMP/ATP, G6-P).

UTP

PPi 2Pi



39

Kinases (PKA, GSK3…AMPK)

PPtase1

Glucagon/adrénaline

+

AMPc

forme a, active P P

P P

forme b, inactive P

P

P

P

La glycogène synthase est régulée - Allostériquement par le G6P - par phospho/déphosphorylation

Phosphorylée Déphosphorylée interconversion

Insuline

Insuline

+

Insuline

IRS/PI3K/Akt

La glycogène synthase est l’enzyme clé de la glycogénogenèse

AMP/ATP

UDP-GLUCOSE


GLUCOSE circulant

Glycogène synthase

phosphoglucomutase

Enz branchant


GLUCOSE G6 Pase

La synthèse et la dégradation du glycogène s’effectuent par des voies métaboliques distinctes et exclusives

enz débranchant

(foie)


GLUCOSE 6-P

GLYCOGENE

GLUCOSE 1-P GLYCOLYSE




40

La glycogénolyse 1-4 1-6

core

core

core

core

transférase

Glyc phosphorylase

1,6 glucosidase

Glucose 1-phosphate

H2O

G6P

Hydrolyse d’un Glucose branché par l’enzyme débranchant

Pi

isomérisation du G1P en G6P par la phosphoglucomutase

Glucose (foie)

Glycolyse (muscle, …)

phosphorolyse de la liaison a1-4 libération de G1P

Transfert d’un trisaccharide par l’enzyme débranchant

Glucose G6P HK

• 4 étapes



41



42


Cours 3 sur le métabolisme des glucidesNéoglucogenèse et adaptation au jeûne.

Franck Brouillard



43

• Libération de G1P converti en G6P sans dépense énergétique (0 ATP consommé) 1 glucose libéré du glycogène 3 ATP immédiatement libérés lors de la glycolyse (au lieu de 2 ATP à partir du glucose sanguin).

• Le glucose 1-6 est rapidement phosphorylé en G6P dans le muscle (hexokinase)

Bilan de la glycogénolyse

• Le bilan énergétique est le même dans le foie et le muscle

• Lorsque les stocks de glycogène atteignent leur capacité maximale, le glucose est converti en pyruvate, puis acetylCoA, puis en AG et de là en triglycérides dans le foie avant d’être exportés dans le tissu adipeux.

La glucose 6-phosphatase du foie et du rein

G - 6 - P a s e

g l u c o s e

P i

GLUCOSE 6-P GLUCOSE glucose 6-phosphatase

• Réaction spécifique du foie et du rein, la G6Pase n’est pas exprimée par le muscle

• Commune à la glycogénolyse et à la néoglucogenèse

glycogénolyse néoglucogenèse

RE

GLUT2 cytosol

Pi

transport vésiculaire

GLUCOSE GLUCOSE

GLUCOSE G6P

• Se déroule dans le Réticulum Endoplasmique

G6P

• Réaction catalysée:



44

Phosphorylase Kinase active

PPtase1

adrénaline + AMPc

interconversion

Insuline

ATP AMP G6P

T, inactive

R, active

forme b inactive

Déphospho allostérique sensible forme a

active Phospho

Muscle en activité

Muscle au repos

Régulation allostérique : -par ATP et G6P (inhibiteurs) -par AMP (activateur)

Ca2+

PKA

contraction P

Régulation de la glycogène phosphorylase dans le muscle

Ca2+

P

P

Insuline

+

UDP-GLUCOSE

GLUCOSE circulant

Glycogène synthase

Hexokinase (GLUT4)

phosphoglucomutase

Enz branchant


Régulation coordonnée de la glycogénogenèse et de la glycogénolyse dans le muscle

GLYCOLYSE

+ -

l’insuline stoppe la dégradation du glycogène et stimule sa synthèse

+ -

PhKinase

+


GLUCOSE 1-P

GLUCOSE 6-P

GLYCOGENE

INSULINE

+



45

Phosphorylase Kinase active

PPtase1

glucagon + AMPc

interconversion

Insuline

forme b inactive Déphospho

PKA

P

Régulation de la glycogène phosphorylase dans le foie

forme a active Phospho

allostérique sensible

GLUCOSE

T, inactive

R, active

P

P

P

P

P

P

AMP

UDP-GLUCOSE

GLUCOSE circulant

Glycogène synthase

Glucokinase (faible activité)

phosphoglucomutase

Enz branchant


GLYCOLYSE

-

-

+ PhKinase

+


GLUCOSE G6 Pase

Régulation du métabolisme du glycogène dans le foie

le glucagon stoppe la synthèse de glycogène et active sa dégradation

AMPc

GLUCAGON

GLUCOSE 1-P

GLYCOGENE

GLUCOSE 6-P GLUCOSE circulant

PKA



46

UDP-GLUCOSE

GLUCOSE circulant

Glycogène synthase

Glucokinase

phosphoglucomutase

Enz branchant


GLYCOLYSE

+

- PhKinase

+


GLUCOSE circulant

G6 Pase

Régulation du métabolisme du glycogène dans le foie

l’insuline stoppe la dégradation du glycogène et stimule sa synthèse

AMPc

INSULINE +

GLUCOSE 1-P

GLYCOGENE

-

+

GLUCOSE 6-P +

Les glycogénoses

Quelques maladies de stockage du glycogène

Déficit enzymatique à caractère héréditaire

UDP-GLUCOSE

Glycogène synthase

phosphoglucomutase

Enz branchant


PhKinase

GLUCOSE circulant

G6 Pase

GLUCOSE 1-P

GLYCOGENE

GLUCOSE 6-P

F6P

F1-6BP

Pyruvate

PFK

maladie de Gierke (1/200 000) Hypertrophie du foie Hypoglycémie sévère (jeûne)

muscle- maladie de Tarui

Foie: maladie de Hers

G6P : glycogène crampes



47

CHAPITRE 6: LA NEOGLUCOGENESE

Le foie et le rein et l’intestin

La néoglucogenèse n'est pas une simple inversion de la glycolyse

Glucose

Glucose-6-P

Fructose-6-P

Fructose-1,6-P

Triose-P

PEP

Oxaloacétate Pyruvate kinase

PEPCK

Fructose 1,6 bisphosphatase (FBPase1)

Phosphofructokinase

Glucokinase Glucose-6-phosphatase

Pyruvate carboxylase Pyruvate

GLYCOLYSE NEOGLUCOGENESE

Précurseurs : lactate, glycérol, aas glucoformateurs



48

La Pyruvate carboxylase

Pyruvate

Oxaloacétate

ATP

CO2

Acétyl-CoA

Pyruvate

H2O

Cytosol

Mitochondrie

Cofacteur: biotine

La mitochondrie ne dispose pas de transporteurs permettant le passage de l’OAA!

La navette Malate

Oxaloacétate

Oxaloacétate

Malate

Malate

MDHc

MDHm

NADH NAD

NADNADH

Cytosol

Mitochondrie

PEPCK

PEP



49

Néoglucogenèse à partir de pyruvate

Pyruvate Pyruvate

Pyruvate Carboxylase

CO2

Oxaloacétate Oxaloacétate

NADH

NAD

Malate

MDHm MDHc

NAD

NADH

Malate

PEP PEPCK

Cytosol Mitochondrie

(MDH= Malate déshydrogénase)

CO2

GTP GDP

Le rapport NADH/NAD dans le cytosol est beaucoup plus bas que dans la mitochondrie.

Mitochondrie

Malate

NADH

Glucose

Triose-P

1,3 bisphosphoglycérate

OAA Pyruvate

PEP

NADH

Malate

G3PDH

OAA

Pyruvate

Pyruvate

Pyruvate

OAA PEP PC

Suivant le type de substrat de la néoglucogenèse, le NADH nécessaire à la G3PDH est généré dans le cytosol par la LDH (lactate), ou lors de la reconversion du malate en OAA dans le cytosol (pyruvate).

PC

Lactate

NADH

mPEPCK

LDH

CO2

CO2

CO2

PEPCK



50

Coopération métabolique entre le muscle strié et le foie (cycle des Cori)

FOIE MUSCLE

REIN

6Pi glucose

Pyruvate

lactate

glucose

Pyruvate

lactate

SANG

lactate

+2ATP -6ATP

Néoglucogenèse et prise d’alcool

Chez les alcooliques (souvent mal nourris et dépourvus de réserves glycogéniques hépatiques), le maintien de la glycémie par la néoglucogenèse est compromis. D’où, crises aiguës d’hypoglycémie avec un approvisionnement inadéquat du glucose au cerveau.

A distance d’un repas La consommation d’alcool s’accompagne d’une réduction du pyruvate et de l’oxaloacétate qui sont ainsi détournés de la néoglucogenèse.

NADH/NAD (cyto et mito), certaines réactions de réduction sont favorisées

La métabolisation de l’alcool (foie) repose sur 2 réactions d’oxydation

NAD NADH, H+

éthanol éthanal

éthanal acétate

alcool DHase

éthanal DHase

NADH, H+ NAD

Pyruvate lactate

OAA Malate

LDH

MDH

H2



51

4 A T P

2 G D P 6 A T P

Bilan de la néoglucogenèse

Glucose

2 Pyruvate

Fructose-1,6-bisphosphatase Glucose-6-phosphatase

4 H2O

2 NADH

PEPCK

G3PDH

Pyruvate Carboxylase

*Phosphoglycerate kinase

2 NAD+

6Pi

2 GDP

4 ADP

La néoglucogenèse est coûteuse!

Il existe différents substrats de la néoglucogenèse

Triose-P Acides aminés (asparagine, aspartate)

Acides aminés (alanine, …)

Lactate

Glycérol

Pyruvate

Oxaloacétate PEP

Glucose

Glucose-6-P

Fructose-6-P

Fructose-1,6-P2



52

Le métabolisme du glycérol dans le foie

Glycérol Glycérol-3P

Glycérol kinase Glycérol 3P déshydrogénase

DHAP

Fructose-1,6-P2

Glucose

ATP ADP NAD NADH

GA3P

2 étapes

Chez les mammifères, les AG à nombre pair de carbones ne permettent pas une synthèse nette de glucose

A c é t y l - C o A

C O 2

C O 2

O x a l o a c é t a t e I s o c i t r a t e

S u c c i n a t e - c é t o g l u t a r a t e

G l u c o s e A c y l - C o A

P r o p i o n a t e

ß - o x y d a t i o n

N é o g l u c o g e n è s e

C i t r a t e



53

Régulation de la néoglucogenèse par les acides gras

Glucose

Glycéraldéhyde-3P

Glycéraldehyde 3-P déshydrogénase

1,3-DPG

3-PGA

PEP

Oxaloacétate

PEPCK

NAD

NADH

Pyruvate

Acétyl-CoA

Pyruvate déshydogénase

Pyruvate carboxylase

NADH

ATP

ATP

Acétyl-CoA

ATP

GTP

Oxydation des acides gras

Phosphoglycérate kinase

F - 2 , 6 - P 2

A M P

Néoglucogenèse Glycolyse

ATP

F-2,6-P2

PFK1

Acétyl-CoA

ATP (citrate alanine)

F-1,6-P2 AMP

OAA

PEP

PEPCK

PyrC

PK

Pyruvate

Glucose

F-1,6-Pase

F-6-P

F1,6-P2

Régulation réciproque et coordonnée de la néoglucogenèse et de la glycolyse par des mécanismes allostériques

AMP



54

Néoglucogenèse Glycolyse

PFK1

OAA

PEP

PEPCK

PyrC

PK

Pyruvate

Glucose

F-1,6-Pase

F-6-P

F1,6-P2

P K P K - P

K i n a s e

P t a s e

F - 2 , 6 - P 2

K i n a s e

S e r - P P t a s e

F6P

Régulation réciproque et coordonnée de la néoglucogenèse et de la glycolyse par phospho/déphosphorylation d’enzymes

Concentration du PEP

V

Phosphorylation

+ Fructose 1,6 P2

phosphorylation

PFK2/FBPase2

PFK2

FBPase2

la néoglucogenèse est rapidement activée par le glucagon

Glucose

G-6-P

F-6-P

F-1,6-P2

PEP

OAA

Pyruvate

F-1,6-Pase PFK1 F-2,6-P2

PKA

PFK2

PFK2-P=FBPase2

Pyruvate kinase

Pyruvate kinase-P

Glucagon

PEPCK

G-6-Pase



55

La néoglucogenèse est rapidement inactivée par l’insuline

Glucose

G-6-P

F-6-P

F-1,6-P2

PEP

OAA

Pyruvate

F-1,6-Pase PFK1 F-2,6-P2

PI3 Kinase/PKB

PFK2

PFK2-P

Pyruvate kinase

Pyruvate kinase-P

Insuline

PEPCK

G-6-Pase GK

E n z y m e

Régulations transcriptionnelles (à long terme) de la néoglucogenèse

Enzymes hépatiques régulées par induction/répression de leur synthèse

INSULINE (état nourri)

AMPc (post-absorptif/jeûne)

PEPCK FBPase1 G6Pase

Pyruvate kinase PF2Kinase/Pase Glucokinase

néoglucogenèse

glycolyse



56

Mécanisme d’activation de la transcription du gène codant

la PEPCK par le glucagon

Glucagon

AMPc Protéine kinase A

AMPc

CREB

Cytosol

Noyau

R C

R

R

C

C

C

CREB

P

CREB

P

PEPCK

CRE ADN

ATP

TGACGTCA

CHAPITRE 7: L’ADAPTATION AU JEÛNE

Un exemple de régulation métabolique



57

Les réserves énergétiques chez l’homme (70 Kg)

Quantité (Kg)

Equivalent énergétique

(MJ)

Durée de couverture des besoins énergétiques

(pour 10 MJ/jour)

La valeur est donc une surestimation.

Protéines 15 250 25* jours

Glycogène 0.5 8.5 0.8 jour

Triglycérides 20 730 73 jours

Glucose libre 0.012 0.2 30 minutes

• Toutes les protéines corporelles ne peuvent pas être utilisées - Indispensables aux fonctions vitales (enzymes, structure, etc. )

- La vie n’est pas possible si on perd plus de 50% des protéines musculaires, sinon les muscles respiratoires deviennent trop faibles, et une infection respiratoire (pneumonie) s’installe favorisée par la diminution des fonctions immunitaires en relation avec la dénutrition.

Pourquoi les protéines musculaires doivent-elles être épargnées ?



58

1- Période post-absorptive commence quelques heures après la consommation d’un repas lorsque le contenu intestinal a été absorbé 2- Jeûne court Succède à la période post-absorptive Jeûne de 1 à 3 jours chez l’homme 3- Jeûne intermédiaire Jeûne de 3 jours à 3 semaines chez l’homme 4- Jeûne prolongé Au delà de 3 semaines

La chronologie des différentes phases du jeûne

Jeûne

S u b s t r a t s o x y d a t i f s

m a j e u r s d u c e r v e a u

g l u c o s e g l u c o s e g l u c o s e g l u c o s e c o r p s c é t o n i q u e s

c o r p s c é t o n i q u e s g l u c o s e

L e s d i f f é r e n t e s p h a s e s d ' a d a p t a t i o n a u j e û n e

1 2 3 4

G l u c o s e u t i l i s é ( g / h )

4 1 6 3 0 2 2 4 4 0 0

J o u r s H e u r e s

g l y c o g è n e N é o g l u c o g e n è s e

g l u c o s e e x o g è n e

8

4 0

3 0

2 O

1 0

0

N é o g l u c o g e n è s e

Corps cétoniques protéique

Point majeur : assurer la permanence d’un apport énergétique au cerveau



59

100806040200

2.0

0.5

1.0

0

1.5

8

2

4

0

6

0 10 20 30 40

• Glucose plasmatique (mg/dl)

• Acides gras plasmatiques (mmol/l)

• Corps cétoniques plasmatiques (mmol/l)

Durée du jeûne (jours)

Les substrats énergétiques plasmatiques pendant le jeûne

Le glucose est utilisable par tous les tissus

Utilisation par le foie, les muscles, le coeur

Utilisables par le cerveau diminution du besoin en glucose

La priorité métabolique est de maintenir un apport constant aux tissus (cerveau) dépendant de ce substrat.

La glycémie va être maintenue coûte que coûte à plus de 2.2 mM (40 mg/dl).

Tissus

Durée du jeûne

12 h 8 j 40 j Cerveau 120 45 22

Muscle 30 5 5 Rein 30 5 5 Sang 34 34 34 Total 214 89 66

Évolution de la consommation de glucose au cours du jeûne



60

2 0 0

5 0

1 0 0

0

1 5 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0

Glucagonémie (pg/dl)

Durée du jeûne (jours)

2 0

5

1 0

0

1 5

Insulinémie ( U/ml)

Insuline et glucagon pendant le jeûne

La baisse de l’insulinémie et l’élévation du glucagon vont permettre à l’organisme d’utiliser les réserves énergétiques.

Activation de la néoglucogenèse Protéolyse musculaire Activation de la lipolyse

Limitation de la lipolyse

glycogénolytique néoglucogénique cétogénique

Foie

1- Période post-absorptive

glycogénolyse hépatique 300

200

10

04 12 h 2 jours 7 jours

2

1

O


commence quelques heures (4-5H) après la consommation d’un repas

[glucose]

glucagon insuline

AMPc

Les substrats Ac aminés (alanine)

Lactate Glycérol

Glycogénolyse hépatique

Néoglucogenèse hépatique

AG

20%



61

2- jeûne court

3 jours

N é o g l u c o g e n è s e h é p a t i q u e


glucose

glucagon insuline

AMPc

2

1

O

protéolyse

Jeûne de 1 à 3 jours chez l’homme

Les substrats : Ac aminés (alanine, glutamine) Glycérol fourni par la lipolyse


1

2

Il faut économiser les protéines musculaires!

AG

Néoglucogenèse rénale

Le bilan azoté est négatif

3- Jeûne intermédiaire

Jeûne de 3 jours à 3 semaines chez l’homme



3 jours

2

1

O

7 jours

Néoglucogenèse hépatique

Adaptations métaboliques pour économiser les protéines

1) Utilisation des corps cétoniques (substrats de remplacement ) en particulier par le cerveau ( cétonique)

2) La lipolyse et le glycérol devient un substrat important de la néoglucogenèse

3) Les muscles utilisent des quantités d’AG, diminuent l’utilisation du glucose et le lactate est utilisé pour la néoglucogenèse.

4) Les corps cétoniques freineraient la protéolyse musculaire

Le bilan azoté devient nul ou faiblement négatif

Insulinémie faible T3 faible



62

3- Jeûne intermédiaire

néoglucogenèse

glucose

AG

corps cétoniques

lipolyse

cétogenèse

NADH ATP

Médulla

TG glycérol Ala, Glu

lactate

P D H N A D H

Plasma Cellule musculaire

L’oxydation accrue des acides gras et des corps cétoniquesréduit l’utilisation de glucose dans le muscle (Cycle de Randle)

Corps cétoniques

Acides gras

Glucose

Mitochondrie

Acétyl-CoA

Citrate Citrate

Glucose G-6-P F-6-P F-1,6-P2 HK PFK

Pyruvate Acyl-CoA

CO2

Pyruvate



63

4- Jeûne prolongé et phase terminale



3 jours

2

1

O

7 jours 40 jours Néoglucogenèse hépatique

concentration plasmatique de glucose de la protéolyse (et excrétion d’urée et d’azote)

La des AG et des corps cétoniques circulants marque l’épuisement des réserves lipidiques

• les corps cétoniques sont alors le substrat majoritaire du cerveau



64

Une situation extrème : la période périnatale

Durant la grossessee

le fœtus reçoit, via le placenta, un flux constant de glucose et d’acides aminés pour couvrir ses besoins énergétiques et sa croissance.

Pas de néoglucogenèse dans le foie fœtal

Le fœtus accumule du glycogène et des TG dans son tissu adipeux

Le transfert placentaire d’acides gras est très limité et les tissus fœtauxn’ont pas développé la capacité d’oxyder les acides gras.

Une situation extrême : la période périnatale

A la naissance: le nouveau-né doit assurer rapidement la couverturede ses besoins énergétiques.

Il fait l’expérience d’un jeûne de courte durée avant que l’allaitementmaternel se mette en place. Il mobilise alors ses réserves deglycogène hépatique pour couvrir les besoins considérables englucose de son cerveau (12% du poids du corps!).(GLYCOGENOLYSE)

Le nouveau-né induit rapidement la NEOGLUCOGENESE hépatique afin de couvrir les besoins en glucose de son cerveau.

Il développe également la -OXYDATION des acides gras, enparticulier dans le foie, afin de maintenir une néoglucogenèse active etde produire des corps cétoniques utilisables par le cerveau.(CETOGENESE)



65

Stress fœtal (interruption de la circulation placentaire, hypoxie)

adrénaline + noradrénaline

inhibition de la sécrétion d ’insuline activation de la sécrétion de glucagon

[AMPc ] transcription de la CPT1

transcription de la PEPCK

induction de la néoglucogenèse

induction de la -oxydation

Une situation extrême : la période périnatale

hypoxie)

a CPT1



66

Métabolisme de l’azoteet physiopathologie

Bernadette CHADEFAUXLaboratoire de Biochimie Métabolique

Hôpital Necker-Enfants Malades

H

R C COOH

NH2

Groupements fonctionnels chaîne latérale R:- Carboxyle: Asp ( ), Glu ( )- Amine: Lys ( ), Orn ( )- Hydroxyle: Thr, Ser, Tyr- Imidazole: His- Guanidinium: Arg- Thiol: Cys, Hcy



67

N2

AA-Protéines

NH3 NO2-/NO3

-

Fixation del’azote

dénitrification

Assimilation parles végétauxAssimilation par les

végétaux et animaux

Cycle de l’azote

Azote gazeux (78%)

Nitrification

PROTÉINES(~ 11 kg)

ACIDES AMINESLIBRES(~ 70 g/j)

SYNTHÈSEPROTÉIQUE

(~ 300 g/j)PROTÉOLYSE

(~ 300 g/j)

DÉGRADATIONIRRÉVERSIBLE

(~ 70 g/j)

FONCTIONSSPÉCIFIQUES

APPORTSEXOGÈNES

(ALIMENTATION)

SYNTHÈSEDE NOVO

ENDOGÈNE

LE MÉTABOLISME PROTÉIQUE(ADULTE 70 kg)

Entrées Sorties



68

LES APPORTS EXOGÈNESL’ALIMENTATION

• Alimentation protéines exogènes- digestion acides aminés libres et peptides (di- et tri-)- notion d’acides aminés indispensables et non indispensables- permet la synthèse des protéines endogènes

• Maladies de carence- kwashiorkor : carence pure en apport protéique- marasme : carence combinée en apport protéique et calorique

LES APPORTS ENDOGÈNES(LA PROTÉOLYSE)

• La protéolyse a lieu quand l’organisme a des besoins énergétiques(situations de catabolisme):- le jeûne- les situations pathologiques (fièvre, infections, stress, chirurgie)

• Le muscle squelettique est la principale source d’acides aminés

• Deux mécanismes principaux de protéolyse:- la dégradation lysosomale- le système ubiquitine/protéasome



69

SYNTHÈSE DE NOVO ENDOGÈNE

• Notion d’acides aminés indispensables et non indispensables:

- les acides aminés indispensables sont ceux que l’organisme estincapable de synthétiser.

Ils doivent être apportés par l’alimentation

- les acides aminés non indispensables peuvent être synthétisés parl’organisme.

Le squelette carboné provient du glucose et des autres acides aminés.L’azote provient des autres acides aminés

AlanineAsparagineAspartateCystéine

GlutamateGlutamine

GlycineHydroxyprolineHydroxylysine

ProlineSérine

Tyrosine

HistidineIsoleucineLeucineLysine

MéthioninePhénylalanine

ThréonineTryptophane

Valine

Arginine

Non indispensablesIndispensables

SYNTHÈSE DE NOVO ENDOGÈNE



70

SYNTHÈSE DE NOVO ENDOGÈNELES ACIDES AMINÉS NON INDISPENSABLES

1- Glu, Asp, Ala

TransaminationAc -cétoGlu + AA Glu + Ac -cétoniqueGlu + pyruvate Ac -cétoGLu + AlanineGlu + oxaloacétate Ac -cétoGlu + AspartateGlutamate déshydrogénase

2- Gln, Asn

Gln synthétase GlnAsn synthétase Asn

3- Ser, Gly

D-3-phosphoglycérate SerSer Gly

SYNTHÈSE DE NOVO ENDOGÈNELES ACIDES AMINÉS NON INDISPENSABLES

4 – ProOrn Ornithine aminotransférase

P5C réductaseGlu 1-pyrrolidine-5-carboxylate (P5C) synthase

P5C réductase

5 – CysMet Hcy Cys

6 – TyrPhe Phénylalanine hydroxylase



71

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLE

Première réaction de la dégradation irréversible des acidesaminés: séparation du squelette carboné de la fonction amine.

Transamination, Déamination oxydative

Squelette carboné : Production d’énergiecycle de Krebsvoie indirecte via néoglucogénèse ou lipogénèse

Fonction amine : ammoniac

Nécessité de systèmes de détoxication- Uréogénèse- Ammoniogénèse

.

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLE

R – CH – COOH|NH2

-Aminoacide

TransaminationGlu déshydrogénase

R – C – COOH NH3

OAcide -cétonique Ammoniac

CO2 + H2O+ ATP

Voieoxydative

URÉE

cycle de l’urée



72

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLETransamination

• La réaction

R – CH – COOH + HOOC – CH2 – CH2 – C – COOH

NH2 OAcide aminé Acide -cétoglutarique

R – C – COOH + HOOC – CH2 – CH2 – CH – COOH

O NH2Acide -cétonique Acide glutamique


• Une transaminase spécifique pour chaque acide aminé- transamination de la fonction -aminée, 2 principales:

alanine aminotransferase (ALAT=GPT) présente dans le foie,augmente en cas de cytolyse hépatiqueaspartate aminotransferase (ASAT=GOT) présente dans musclescardiaque et squelettique, foie, rein, cerveau, augmente en casd’infarctus du myocarde.

- transamination d’autres fonctions amines: (ornithine), (GABA)

• Les points communs:- le cofacteur: pyridoxal-P (vit B6)- utilisent toutes le même accepteur d’azote: l’acide -cétoglutarique- donnent toutes de l’acide glutamique, carrefour du métabolismeazoté- permet au squelette carboné d’entrer dans une voie oxydativespécifique



73


Vitamine B6


Mécanismes d’action du pyridoxal-P



74

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLEDésamination oxydative

• Réaction catalysée par la Glutamate déshydrogénase (GLDH):

HOOC – CH2 – CH2 – CH – COOH + NAD+ + H20

NH3+

Acide glutamique

HOOC – CH2 – CH2 – C – COOH + NADH,H+ + NH4+

OAcide -cétoglutarique

LA DÉGRADATION IRRÉVESIBLEL’oxydation du squelette carboné

Trois groupesTrois groupes

Groupe 1Groupe 1 pyruvatepyruvateAlaAla,, ThrThr,, GlyGly,, SerSer,, CysCys

Groupe 2Groupe 2 Cycle de KrebsCycle de KrebsGlu,Glu, GlnGln,, ArgArg,, HisHis, Pro, Ile, Met, Val,, Pro, Ile, Met, Val, PhePhe, Tyr,, Tyr, AspAsp,, AsnAsn

Groupe 3Groupe 3 AcAcéétoactoacéétylCoAtylCoALeu, Lys,Leu, Lys, TrpTrp,, PhePhe, Tyr, Tyr



75

-cétoglutarate

Succinyl-CoA

Succinate

Fumarate

Malate

Oxaloacétate

Citrate

Isocitrate

PhénylalanineTyrosine

IsoleucineMéthionineValine

ArginineHistidineGlutamineProline

Glutamate

AspartateAsparagine

Acétyl-CoA

Acétoacétyl-CoA

PhénylalanineTyrosineLeucineLysineTryptophane

Pyruvate

AlanineThréonineGlycocolleSérineCystéine

LA DÉGRADATION IRRÉVESIBLEL’oxydation du squelette carboné

GLUCOSE

CORPS CÉTONIQUES

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLELa fixation et le transport de l’azote

Synthèse de glutamine: la glutamine synthétase

Glu + NH4+ + ATP Gln + H2O + ADP + Pi

principalement présente dans le musclele foiele cerveau

permet à l’organisme de véhiculer l’azote sous une forme non toxique dulieu de production vers le lieu de détoxication (le foie).



76

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLELa fixation et le transport de l’azote

Le cycle Alanine-Glucose

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLELa détoxication de l’azote ammoniacal

Deux grandes voies de détoxication:

- la synthèse de l’urée (uréogénèse) hépatiqueNH3 Urée (urine)

- l’ammoniogénèse rénaleGln NH4

+ (urine)



77

CP CIT

NH3HCO3

-

2 ATP

NAG

Glu Ac-CoA

Orn

CIT

Orn

ASA

Arg

Orn

H+

Asp

ATP

AMP + PP

FumarateUR E

CPS-I OTC

ASS

ASLARG

NAGS

Mitochondrie

Cytosol

(+)

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLELe cycle de l’urée

orotate

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLELes enzymes du cycle de l’urée

Foie, GR6qArg : 10.5107 kDa4 s.u.

CytosolArginase (type I) (ARG)

Foie, reinCerveau, Fibro

7qASA : 0.2173 kDa4 s.u.

CytosolArgininosuccinatelyase (ASL)

Foie, reinFibroblastes

9qAsp : 0.02Cit : 0.02ATP : 0.05

185 kDa4 s.u.

CytosolArgininosuccinatesynthétase (ASS)

FoieIntestin

X21.1CP : 0.16Orn : 0.40

108 kDa3 s.u.

MitochondrieOrnithinetranscarbamylase (OTC)

FoieIntestin

2pNH3 : 0.8HCO3 : 6.7ATP : 1.1NAG : 0.1

310 kDa2 s.u.

MitochondrieCarbamylphosphatesynthétase I (CPS-I)

FoieIntestin

17qGlu : 3.OAc-CoA :0.7Arg : 0.01

200 kDa3 s.u. ?

MitochondrieN-acétylglutamatesynthase (NAGS)

TissueChromosomeKmmMMW

LocalisationsubcellulaireEnzyme



78

CP CIT

NH3HCO3

-

2 ATP

NAG

Glu Ac-CoA

Acyl-CoA Pyr

OA Glu

2CG Asp

Orn

CIT

Orn

ASA

Arg

Orn

CIT

Glu

Asp

ATP

AMP + PP

FumarateUR

CPS-I OTC

ASS

ASLARG

NAGS

PC

Acides Gras

-ox

Mitochondrie

Cytosol

(+)

(+)

PDH

GlucoseAcides aminés

orotate

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLEBilan du cycle de l’urée

NH3 + CO2 + Aspartate Fumarate + Urée

Consomation: 3 ATP 2 ADP + AMPCoût énergétique: 4 liaisons riches en énergie

Liaison entre cycle de l’urée et cycle de Krebs: Aspartate via acideoxaloacétique et fumarate



79

DÉFICITS DU CYCLE DE L’URÉE

Fréquence 1: 8000Peuvent survenir à tout âge (NN, enfants, adultes)

I- Maladies dues au déficit en enzymes mitochondriales:N-Acétylglutamate synthase (NAGS), Carbamylphosphatesynthétase I (CPS I), Ornithine Transcarbamylase (OTC)

Principales caractéristiques: - formes à révélation néonatales comahyperammoniémique

- formes à révélation tardive symptômesneurologiques, symptômes digestifs, symptômes hépatiques

Diagnosticdosage de l’ammoniaque sanguinchromatographie des acides aminés sang: Gln ,, Cit , Orn , Argdosage de l’acide orotique urinaire (spécifique OTC)

UN EXEMPLE DE DEFICIT DU CYCLE DE L’UREEdéficit en ornithine transcarbamylase

Homme 49 ans, sans histoire, pratique le semi-marathon• Vomissements 3 jours sans maux de tête ni autres problèmes• Au troisième jour apparition léthargie, symptômes neurologiques

Hospitalisation dans un service de neurologie• Aphasie, énurésie

Transfert en réanimation• coma• hypertonie pyramidale• Ammoniémie: 700 mol/L puis 1859 mol/L 24h plus tard• décés 4 jours après la première hospitalisation

Diagnostic: déficit en OTC



80

Ornithine transcarbamylase (OTC): 2ème enzyme mitochondriale du cycle del’urée

Gène codant localisé sur le chromosome X

Déficit hyperammoniémie: ammoniaque (NH3/NH4+) petitemolécule toxique pour le système nerveux central convulsions, œdèmecérébral

Clinique- garçons:

spectre clinique: coma néonatal asymptomatiquenature de la mutation

- filles: 16 % cliniquement symptomatiquesspectre clinique: coma néonatal (rare) céphaléesnature de la mutationinactivation de l’X (lyonisation)

UN EXEMPLE DE DEFICIT DU CYCLE DE L’UREEdéficit en ornithine transcarbamylase

II- Maladies dues au déficit en enzymes cytoplasmiques

argininosuccinate synthetase: citrullinémie,argininosuccinate lyase: argininosuccinurie,Arginase: déficit en arginase

Principales caractéristiques: - formes à révélation néonatales comahyperammoniémique

- formes à révélation tardive troubles ducomportement et psychiatriques pour argininosuccinurie

troubles ducomportement et psychiatriques pour arginase

Diagnostic :dosage de l’ammoniaque sanguinchromatographie des acides aminés sang:Gln ,Cit ++, Orn , Arg pour citrullinémieGln ,Cit ++, Orn , Arg et ASA pour argininosuccinurieGln , Cit N, Orn , Arg ++ pour arginase

Déficits du cycle de l’urée



81

Traitement

Restriction sévère de l’apport en protéines naturelles

Supplémentation en acides aminés essentiels

Traitement par épurateurs d’azote

Durée du traitement: toute la vie

Déficits du cycle de l’urée

LA DÉGRADATION IRRÉVERSIBLEL’AMMONIOGÉNÈSE

Voie métabolique exclusivement rénaleActivée par l’acidoseTransforme la glutamine en NH4

+ et permet ainsi l’élimination de H+ dans lesurines

NH3 + H+ NH4+

Deux étapes:

- étape 1: la glutaminase phosphate-dépendante activable par H+

Gln + H2O Glutamate + NH4+

- étape 2: la glutamate déshydrogénase

Glu + H2O + NAD+ -cétoglutarate + NADH,H+ + NH4+



82

LES SYSTÈMES DE TRANSPORT



83

TRANSPORTS MEMBRANAIRES

E : cellules épithéliales

P : cellules parenchymateuses

O : organelles

Lys Lys-Gly

LysLys-Gly

Gly

Lys Lys-Gly

LysLys-Gly

Gly

Lys Lys-Gly

LysLys-Gly

Gly

NORMAL CYSTINURIE IPD

y+L: acides aminés dibasiques (membrane basolatérale)

b0,+: acides aminés dibasiques + cystine (membrane luminale)

TRANSPORT DES ACIDES AMINÉS DIBASIQUESCELLULES ÉPITHELIALES



84


• Déficit en transporteur des acides aminés dibasiques et de la cystinesitué sur la membrane luminale (b0,+ )des cellules épithéliales (tubulerénal, muqueuse intestinale):

cystinurie

Maladie génétique, transmission autosomique récéssiveTroubles de la réabsorption rénale tubulaire et troubles de l’absorptionintestinale de ces acides aminés : Dépôt de cystine dans les urines: lithiaserénale (10% des lithiases urinaires dans l’enfance)Pas de déficit sanguin et tissulaire

• Diagnostic:- chromatographie des acides aminés sang Normale- chromatographie des acides aminés urinaires: Cys , Orn , Lys , Arg

• traitement : régime contrôlé en protéines, hydratation, alcalinisation desurines, traitement par chélateurs de la cystine: D-penicillamine

• Durée du traitement: toute la vie


• Déficit en transporteur des acides aminés dibasiques et de la cystine(y+L) situé sur la membrane basolatérale:

Intolérance aux protéines dibasiques

- carence en acides aminés indispensables retard de croissancesévère- carence en Arg et Orn

déficit secondaire du cycle de l’urée hyperammoniémieDiagnostic :Ammoniémiechromatographie des acides aminés sang Gln , Lys , Orn , Arg ,chromatographie des acides aminés urinaires Cys ±, Orn +, Lys ++, Arg +

Traitementrestriction sévère de l’apport en protéines naturelles



85

TRANSPORTS MEMBRANAIRESLa membrane mitochondriale

Glu Glu

Asp Asp

Orn Orn

Cit Cit

TRANSPORTS MEMBRANAIRESLa membrane lysosomale

• transporteur lysosomal de la cystine = la cystinosine

• Déficit: accumulation de cystine à l’intérieur du lysosome, la cystinose



86

TRANSPORTS MEMBRANAIRESLa membrane lysosomale

Cystinose

• faible solubilité de la cystine: formation de cristaux

• dysfonctionnement cellulaire et altération des tissus

• dégénérescence progressive des organes avec perte de leurs fonctions

• Surtout le rein et l’œil

Traitement: utilisation de chélateurs de la cystine, la cystéamine. Formationd’un composé mixte cystéine-cystéamine capable d’utiliser un autretransporteur (celui de la lysine)

A vie

A RETENIR

• Les principales sources d’acides aminés dans l’organisme: exogène,endogène, synthèse de novo

• La notion d’acides aminés indispensables et non indispensables

• La dégradation irréversible:- les transaminases, rôle et mécanisme d’action- le devenir des carbones: acides aminés glucoformateurs etcétogènes- le devenir de l’azote

• Le cycle de l’urée

• Le cycle alanine-glucose

• Notions sur les différents niveaux de transport



87

Métabolisme de l’azoteet physiopathologie

Bernadette CHADEFAUXLaboratoire de Biochimie Métabolique

Hôpital Necker-Enfants Malades

LES ACIDES AMINÉS AROMATIQUES

Phe, Tyr, Trp



88

La Phénylcétonurie

- Maladie génétique fréquente: 1/16 000 naissance

- Déficit de la phénylalanine hydroxylase : homotétramère + BH4

- Phénotype clinique:pas de décompensation aigueépilepsieretard mental modéré à très profondpeau et cheveux clairs

- Dépistage néonatal systématique à J3; test de Guthrierégime contrôlé en protéines minimum recommandé en Pheélargissement vers l’âge de 7 ans

- Effet tératogène de l’hyperphénylalaninémie chez la femmephénylcétonurique enceinte

LES ACIDES AMINÉS AROMATIQUESPHENYLALANINE, TYROSINE

• Métabolisme général:Catécholamines

Hormones thyroïdiennes

Mélanines

Phe Tyr

Parahydroxyphénylpyruvate

Fumarate + acétoacétate

Transamination

Oxydation

Phe hydroxylase



89

Phe Tyr + H2O

Tyr L-Dopa + H2O

Trp 5-HTP + H2O

*Arg Citrulline + NO

BH4 + O2

q-BH2* NOS= monoxydeazote synthase

BH4 ou Tétrahydrobioptérine est le cofacteur des hydroxylases




90

Exploration des hyperphénylalaninémies :Phénylcétonurie

PhénylalanineCHHOOC NH2

CH2

TyrosineCHHOOC NH2

CH2

OH

Neurotransmetteurs

BH4 BH2

PAH

Toxicité

PhénylalanineCHHOOC NH2

CH2

Acide phénylpyruvique…Métabolites toxiques

CH2

HOOC C

O


• La synthèse des catécholamines



91

Phénylalanine

Tyrosine

4-hydroxyphénylpyruvique

Homogentisique

Maléylacétoacétate

Fumarylacétoacétate

Fumarate + acétoacétate

Succinylacétoacétate

succinylacétone

Phénylalaninehydroxylase

Homogentisateoxydase

CO2


4-hydroxyphenyllactique

La voie catabolique

NTBC

L’ALCAPTONURIE

Maladie génétique rare autosomique récessive

Déficit en Homogentisate oxydase (A. Garrod 1902)

• Principales caractéristiques:- urine se colorant en brun/noir à la lumière et à l’oxygène- ochronose- douleurs articulaires incapacitantes- insuffisance cardiaque

• Diagnostic:- Chromatographie des acides organiques urinaires: Ac. Homogentisique

• TraitementDepuis peu NTBC (Nitisinone ou Orfadin) inhibiteur de la 4-hydroxyphénylpyruvate oxydase, restriction sévère de l’apport en protéinesnaturelles, +/- supplémentation en acides aminés sans Phe et Tyr

• Durée du traitement: toute la vie



92

LES ACIDES AMINÉS AROMATIQUESTRYPTOPHANE

Sérotonine

Tryptophane Mélatonine

NAD, NADP

Mélatonine

TRP 5-HTP Sérotonine 5HIAA

Sérotonine: neurotransmetteur

Mélatonine: Hormone de régulation des rythmeschronobiologiques

TPH (BH4) AADC (B6)

MMétabolisme de la Sérotonine



93

LES ACIDES AMINÉS RAMIFIÉS

Val, Ile, Leu

LA LEUCINOSE•Maladie génétique autosomique récessive

•Maladie des urines à odeur de sirop d’érable (Maple sirup urine disease= MSUD): déficit dans la voie du catabolisme des acides aminés ramifiéscomplexe déshydrogénase des acides -cétoniques ramifiés mutationssur les gènes E1 , E1 , E2 et E3

•Principales caractéristiques:- décompensation coma œdème cérébral décès- odeur de sirop d’érable des différents liquides: sang, urine,

sueur- possible forme tardive

•Diagnostic: CAA plasmatique Val, Ile, Leu et aile

•Traitement: restriction sévère de l’apport en protéines naturelles+ supplémentation en tous les acides aminés sauf ramifiés+/- supplémentation en acides aminés ramifiés Val et Ile en cas

de carence



94


• Trois acides aminés ramifiés:- la leucine- l’isoleucine (un isomère optique possible dans certaines circonstances:l’alloisoleucine)- la valine

• Squelette carboné oxydation énergie- leucine acetyl-CoA + acétoacétate cétogénèse- isoleucine acétyl-CoA cétogénèse

propionyl-CoA néoglucogénèse- valine propionyl-CoA néoglucogénèse

• Trois premières étapes communes- la déshydrogénase des acides -cétoramifiés

Leucine

2-cétoisocaproate

Isovaléryl-CoA

3-méthylcrotonyl-CoA

3-méthylglutaconyl-CoA

3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA

Isoleucine

2-céto-3-méthylvalérate

2-méthylbutyryl-CoA

Tiglyl-CoA

2-méthyl-3-hydroxybutyryl-CoA

2-méthyl-3-cétobutyryl-CoA

Valine

2-cétoisovalérate

Isobutyryl-CoA

Méthacrylyl-CoA

3-hydroxyisobutyryl-CoA

3-hydroxyisobutyrate

Méthylmalonique semialdéhydeAcétoacétate Acétyl-CoA

Propionyl-CoA

Méthylmalonyl-CoA

Succinyl-CoA

DH CACR

LES ACIDES AMINÉS RAMIFIÉSLES VOIES CATABOLIQUES



95


• La déshydrogénase des acides -cétoniques (1)

E3 protéine commune aux 3 complexes DH: PDH, CGDH, CRDH


• La déshydrogénase des acides -cétoniques (2)



96


• Le devenir du propionyl-CoA

CH3-CH2-C~CoA

O

COOH

CH3-CH-C~CoA

O

HOOC-CH2-CH2-C~CoA

O

O

CH3-CH-C~CoA

COOH

COOH

CH3-CH-C~CoA

O

O

CH3-CH-C~CoA

COOH

Propionyl-CoA D-méthylmalonyl-CoA

D-méthylmalonyl-CoA L-méthylmalonyl-CoA

L-méthylmalonyl-CoASuccinyl-CoA

Propionyl-CoA carboxylase(Biotine)

Méthylmalonyl-CoA racémase

Méthylmalonyl-CoA mutase(Adenosylcobalamine)

VITAMINES

Thiamine pyrophosphate ou vitamine B1: cofacteur de ladéshydrogénase des acides -cétoniques

Biotine: cofacteur des carboxylases

Adénosylcobalamine ou vitamine B12 : Cofacteur de laméthylmalonyl CoA mutase



97

LA BIOTINE

LA FORMULE

LA BIOTINE

LES RÉACTIONS AVEC BIOTINE



98

LA BIOTINE

• Fixation de la biotine sur l’apoenzyme:

- activation de la biotinebiotine + ATP biotine-AMPréaction catalysée par la biotine ligase

- fixation de la biotine activée sur l’apoenzymebiotine-AMP + Lys-apoenzyme Biotinyl-Lys-apoenzymeréaction catalysée par l’holocarboxylase synthétase

- 4 enzymes utilisent la biotine comme cofacteur:pyruvate carboxylasepropionyl-CoA carboxylase

-méthylcrotonyl-CoA carboxylaseacétyl-CoA carboxylase

LES ACIDES AMINÉS SOUFRÉS

Met, Cys



99

Homocystinurie classique1962: Premières descriptions de cas d’enfants

homocystinuriquesForme classique: Déficit en cystathionine synthase• Troubles neuropsychiatriques: retard mental• Troubles oculaires: luxation du cristallin

Troubles osseux:

aspect marfanoide

scoliose

arachnodactylie

ostéoporose



100

Troubles vasculaires:thromboses précoces

artériel, veineux

Homocystéinémie (HCY) très élevée (> 100 mol/l)50% des patients B6 sensible

Hyperhomocystéinémie modérée (Hcy>15 mol/l; Normale <15mol/l): facteur de risque vasculaire

METABOLISME DES ACIDES AMINES SOUFRES

reméthylation

transsulfuration

méthionine

homocystéine

cystéine

Cycle desfolates

Cycle de laméthionine

sulfatessulfates



101

METABOLISME DES ACIDES AMINES SOUFRES

transsulfuration

méthionine

S-adénosyl-méthionine

S-adénosyl-homocystéinehomocystéine

cystathionine

cystéine

THF

5-méthyl THF

5,10méthylèneTHF

accepteur

Accepteurméthylé

glycine

sérine protéines

MS(B12)

CBS(B6)

MTHFR(B2)

sérine

-cétobutyrate

SO42-

bétaine

DMG

BHMT

Cycle desfolates

Cycle de laméthionine

Cystathionase(B6)

LES ACIDES AMINÉS SOUFRÉSMÉTHIONINE, CYSTÉINE

La voie de la transsulfuration

- transformation Hcy Cys sulfate- Hcy: produit des réactions de méthylation impliquant Met

Met: principal donneur de méthyl- transformation Hcy Cys: 2 enzymes

1. cystathionine -synthase (cofacteur: pyridoxalphosphate, vitB6)

2. cystathionase (cofacteur: pyridoxalphosphate, vit B6)

- transformation cystéine sulfate + pyruvate



102

LES ACIDES AMINÉS SOUFRÉSMÉTHIONINE, CYSTÉINE

• La voie de la reméthylation

- transformation de Hcy Met: fait intervenir le cycle des folates oumonocarbonés

- 2 voies possibles de méthylation:voie de la bétaine: bétaine-Hcy méthyltransférasevoie de la méthionine synthase

donneur de méthyle: N5-méthyl-THFnécessite un dérivé cobalamine (vit B12) comme cofacteurinterconversion des folates: N5N10methylèneTHF réductase

Principales causes d ’hyperhomocystéinémie

• 1969 Hypothèse de Mac Cully : une élévation modérée de l’homocystéinémiepeut être associée à une augmentation du risque cardio-vasculaire.

• 253 accidents thromboemboliques chez 158 homocystinuriques par déficit enCBS

• 12 à 42% de sujets présentant des accidents thromboemboliques ont unehyperhomocystéinémie modérée

• Une augmentation de 5 mol/l d’HCY entrainerait un risque de maladiecoronarienne équivalent à celui observé pour une augmentation de 0,5 mmol/l decholestérol total.

• 10% du risque de maladie coronarienne apparaît attribuable à l ’Hcy

• L’hyperhomocystéine est un facteur de risque cardio- vasculaire indépendant,puissant et graduel.



103

Principales causes d ’hyperhomocystéinémie

homocystéine

DéficitsenzymatiquesCBSMTHFRMS

HétérozygotesCBS

HomozygotesMTHFR ther

Insuffisancerénale

Déficitsnutritionels

B12,B6,folates

MédicamentsInsuffisancehépatiquehypothyroidismepsoriasisleucémies,tumeurs

Déficits héréditaires dumétabolisme des folateset de la B12

Homocystinurie: traitement

Patient B6 sensible: Vit B6• - restriction sévère de l’apport en protéines naturelles

• - supplémentation en mélange d’acides aminés sansméthionine

• - traitement vitaminique: folates, vit B6, vit B12

• - bétaïnePatient B6 sensible: Vit B6

Durée du traitement: toute la vie



104

VITAMINES

B9 ou Folates : Donneur de groupement méthyle

B12 ou cobalamine: Cofacteur de la méthionine synthase dans la voiede la reméthylation en méthionine.

B6 ou phosphate de pyridoxal: Cofacteur de la cystathionine syntase(CBS) et de la cysthathionase dans la voie de la transsulfuration encystéine.

B2 ou riboflavine: Cofacteur de la MTHFR

Folates (folius, feuille) = vitamine B9: nom générique pour un ensemble

de composés synthétisés par les plantes et les micro-organismes qui

participent en tant que cofacteurs au transport et au transfert de

groupements monocarbonés

Rôle essentiel dans la synthèse des bases puriques et pyrimidiques

(synthèse de l’ADN) ainsi que de certains acides aminés

Rôle essentiel dans la prévention des défauts de fermeture du tube neural

Folates



105

DHF

THF

Acide folique

DHFR

DHFR



106

FOLATESDÉRIVÉS PHYSIOLOGIQUEMENT ACTIFS

Sur N5-CH3 5-méthyl-CHO 5-formyl (ac

folinique)-CHNH 5-formimino

Sur N5 et N10-CH- 5,10-méthényl-CH2- 5,10-méthylène

Sur N10-CHO 10-formylTHF

Principales réactions métaboliques

5,10 méthylèneTHF

5-méthylTHF

THF Methionine

SAM

HomocystéineMTHFR

SAH

X

CH3 X

MS,MSRB12

Biosynthèse desnucléotides

• Reméthylation de l’Hcy en Met

Réactions de

méthylation

ser

gly



107

LA Vit B12

LA FORMULE

Voies des cobalamines

FI - Cbl

Cubam

Vit B12

Lumière intestinale

TC II-Cbl

TC II

Circulationsanguine

EntérocyteFI - Cbl - Cubam

CelluleCbl

TC I-Cblréserve

Andres, E. et al. CMAJ 2004;171:251-259

Apport

Absorption

Défaut de FI

I-Gs



108

MMACoA SuccinylCoA

AdoCbl

Cbl I

Cbl II

Cbl III

OH Cbl(Cbl III)

Hcy

Mét

CH3 THF

THF

Cbl II

Me Cbl ITC IIOH Cbl

TC IIOH Cbl

TC II

OH Cbl

Réductase

Réductase

Réductase

Adénosyl Transférase

MMA mutase

Hyperhomocystéinemie par déficit envitamine B12

• Associées avec une acidurie méthylmalonique:

- Carence d’apport en Vit B12 (mère végétarienne)- Déficit en facteur intrinsèque- Déficit en cubiline (Maladie d’Imerslund-Gräsbeck)- Déficit en transcobalamine II- Déficit dans le métabolisme de la vitamine B12 commun adénosyl etméthyl cobalamine: Variants CblF, CblC, CblD

• Non associées avec une acidurie méthylmalonique

- Déficit dans le métabolisme de la vitamine B12 spécifiqueméthylcobalamine: Variants CblE, CblG, CblD, Méthionine synthase



109

Hydroxylases des AAaromatiques

Phe, Tyr, TrpNon: GTPTétrahydrobioptérine

Foie de bœuf et volailleJaune d’œufPoisson

CarboxylasesAla, AA ramifiésBiotine ou HBiotine

Légumes, germes deblé, foie (bœuf, veau,porc, poulet)

Méthionine synthaseSérinehydroxyméthyltransférase

Hcy, MetGly, Ser

FolatesN5méthyltétrahydrofolateN5N10méthylène THF

Œufs, lait, viandes etabats

Méthionine synthaseMéthylmalonyl-CoAmutase

Hcy, MetAA ramifiés

B12MéthylcobalamineAdénosylcobalamine

Viandes, abatsTransaminasesDécarboxylases

Ala, Glu, Asp,AA ramifiés, Orn,Tyr, Phe, GABA

B6Pyridoxal phosphate

Haricots, fruits secs,céréales, pain, viandesbœuf et porc

PDH-CGDH

DH -cétoramifiés

AlaGluAA ramifiés

B1Thiamine PP

Source alimentairevitamine

Activitésenzymatiques

Acides aminésOriginevitaminique

Coenzymes

LES COENZYMES

LE GLUTAMATEET

SES DÉRIVÉS



110

LE GLUTAMATE

• Formules-OOC- CH2- CH2- CH- COO- -OOC- CH2- CH2- C- COO-

NH3+ O

• Réactions

- transaminations (transaminase)ac. aminé + -cétoglutarate glutamate + ac. -cétonique

- désamination (glutamate déshydrogénase)glutamate + NAD++ H20 -cétoglutarate + NADH,H+ + NH4

+

Glutamate -cétoglutarate

LE GLUTAMATE

• Ses principaux rôles:

GLUTAMATE

Transfert d’azoteSynthèse d’urée

Glutamine

Glutathion ProlineOrnithineArginine

-aminobutyrate

-cétoglutarate



111

A RETENIR

• Le devenir des acides aminés aromatiques

• Les acides aminés ramifiés

• Les grandes lignes du métabolisme de la méthionine: transsulfuration,reméthylation

• Le nom et la fonction des différents cofacteurs décrits

• Les rôles du glutamate



112

Faculté de Médecine Paris Descartes 2013-2014TRONC COMMUN année 2 - UE3 GENETIQUE / METABOLISME

METABOLISME Pr Daniel Ricquier

OBESITES – LIPOGENESE

Faculté de Médecine Paris Descartes 2013-2014 TRONC COMMUN Année 2 - UE3 GENETIQUE / METABOLISME

METABOLISME COURS 3 - Pr Daniel Ricquier

OBESITES – LIPOGENESE

• Acides gras, triglycérides (et autres lipides)

• Obésités: épidémiologie etc…

• Voies de la lipogenèse et des pentose-phosphates

• Physiopathologie (résistance à l’insuline, stéatose hépatique…)

• Leptine



113

Lipides énergétiques: Acides Gras et Triglycérides

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

La grande majorité des acides gras contient un nombre pair de carbones Les lipides sont stockés sous forme de triglycérides dans les adipocytes

Acide Gras

Triglycérides



114

ADIPOCYTE

Gouttelette Lipidique

Cytoplasme

Noyau cellulaire

L’accumulation de triglycérides sous forme de gouttelettes peut aussi se produire dans d’autres tissus (foie, muscles, cœur, cellules ß du pancréas) mais uniquement dans des conditions pathologiques (obésité, diabète). Cette accumulation ectopique de triglycérides est à l’origine d’anomalies métaboliques (résistance à l’insuline dans le foie et les muscles) et d’une lipotoxicité (apoptose des cellules ß, cardiomyopathie).

La gouttelette lipidique

Seul le tissu adipeux peut accumuler des triglycérides sous forme de goutelette sans effets délétères.

La gouttelette lipidique occupe 92% du volume d’un petit adipocyte et 99% des gros adipocytes. Elle est principalement composée de triglycérides.



115

Excès de masse grasse entraînant des conséquences néfastes pour la santé

Masse grasse = accumulation de tissu adipeux (lieu de stockage des graisses (triglycérides) riches en énergie)

Conséquences néfastes = complications de l’obésité (diabète, infarctus du myocarde, cancers mais aussi des problèmes articulaires et respiratoires)

« L’épidémie » d’obésité

Quelques définitions

Classification selon la corpulence IMC = Poids (kg) / [Taille (m)]2

Normal 18,5-25

Surcharge pondérale 25-30

Obésité modérée (Classe 1) 30-35 Obésité sévère (Classe 2) 35-40 Obésité massive (Classe 3) > 40



116

Enquête Obepi 2009

• Surpoids, obésité : épidémiologie,



117

Obesity* Trends Among U.S. Adults BRFSS, 1992

(*BMI 30, or ~ 30 lbs overweight for 5’4” person)

No Data <10% 10%-14% 15-19% 20%





118



No Data <10% 10%-14% 15-19% 20%



No Data <10% 10%-14% 15-19% 20%



119

No Data <10% 10%–14% 15%–19% 20%-24%

Source: Behavioral Risk Factor Surveillance System, CDC

Epidémiologie USA 2005

25%

Obésité: les Co-morbidités

RespiratoiresSleep apnea AsthmaObesity ipoventilation syndrome

CardiovascularHypertensionHyperlipidemiaCongestive heart failure Coronary arthery desease

GastrointestinalGastroesophageal reflux GallstoneNASH

MetabolicType II diadetes, Dyslipidemia

ReproductionAmenorrheaDysmenorreaPolycystic ovary syndrome

CancerBreastColonUterus

PsychiatricDepression

D’apres Hamad G.G., Clin Plastic Surg 31 (2004)



120

Un problème de bioénergétique : pourquoi sommes-nous de plus

en plus gras ?

Des solutions simples- réduire la prise alimentaire - accroître la dépense énergétique: . accentuer la dépense physique . activer le métabolisme oxydatif (acides gras)



121

La balance énergétique

- +

Dépense énergétique Métabolisme de repos

Activité physique

Thermogenèse adaptative

Apport énergétique Lipides

Glucides

Protéines

55

Tissu adipeux brun

Thermogenèse

- + T S

Tissu adipeux blanc

Stockage

Deux types de tissus adipeux aux rôles opposés



122

La synthèse des acides gras à partir du glucose (lipogenèse)

Elle est active en période post-prandiale, en particulier lorsqu’on consomme une alimentation riche en glucides et pauvre en lipides

Elle a lieu dans le foie et le tissu adipeux

Le tissu qui met en réserve les lipides sous forme de triglycérides est le tissu adipeux

Le foie ne stocke pas les acides gras qu’il synthétise. Il les exporte sous forme de triglycérides

La lipogenèse hépatique

Le foie synthètise des triglycérides, mais il ne les met pas en réserve dans les conditions physiologiques. Il les exporte sous forme de triglycérides (VLDL) qui seront captés par les muscles (énergie) ou le tissu adipeux (stockage)

L’accumulation de triglycérides dans le foie (stéatose) n’existe que dans des conditions pathologiques. Elle est toxique (apoptose, cancer).



123

Le tissu adipeux est l’organe qui met en réserve les triglycérides dans les conditions physiologiques

La lipogenèse dans le tissu adipeux

C’est le seul tissu de l’organisme qui peut accumuler des quantités considérables de triglycérides sans effets néfastes.

Dans les autres tissus (coeur, muscles, cellules ß du pancréas) la stéatose entraîne une lipotoxicité et des pathologies graves : apoptose, insulino-résistance, défaut de sécrétion d’insuline.

La voie de la lipogenèse : Foie et Tissu adipeux

R-5-P

6-PG

Membrane

Glucose

Glucose

G-6-P

Glut-2 Glut-4

Glucokinase Hexokinase

G-6-P deshydrogénase

6-P-gluconate deshydrogénase

Pyruvate kinase

Enzyme malique

NADP

NADPH

NADP

NADPH NADPH

PEP Pyruvate

Acyl-CoA Malonyl-CoA Acétyl-CoA

Acétyl-CoA Carboxylase

Fatty Acid Synthase

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le chier. Si le x rouge est toujours a ché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.

Mitochondrie

Citrate synthase

Citrate

Pyruvate

Citrate

Pyruvate deshydrogénase

ATP Citrate lyase

Acétyl-CoA



124

Devenir du pyruvate produit par la glycolyse

Pyruvate Lactate

Acides gras

Acétyl-CoA

Malonyl-CoA

Citrate

Acétyl-CoA

Cycle de Krebs

Citrate

ATP

Oxaloacétate

Pyruvate Mitochondrie

CO2

Glucose

NADPH

G-6-P Cycle des pentoses

CO2

Oxaloacétate

Transfert de l’acétyl-CoA de la mitochondrie vers le cytosol

Pyruvate élevé Insuline élevée

Pyruvate

Acétyl-CoA

Citrate

OAA Isocitrate

-CG

Succinyl-CoA

NADH élevé ADP bas

ATP élevé

Citrate

Acétyl-CoA

Mitochondrie

Cycle de Krebs



125

L’enzyme malique est impliquée dans la synthèse de NADPH

Mitochondrie Cytosol

Citrate Citrate

Acétyl-CoA Acétyl-CoA Oxaloacétate

Oxaloacétate

Malate

ATP citrate lyase ATP

Pyruvate + CO2

Pyruvate

MDH

EM

Citrate synthase

NADH

NADPH


Acides gras

CO2

MDH = Malate deshydrogénase

EM = Enzyme malique

La synthèse d’acides gras à partir d’acétyl-CoA s’effectue dans le cytosol

Acétyl-CoA

HCO3-

ADP + Pi ATP

Acétyl-CoA carboxylase

Cette réaction est irréversible et nécessite de l’ATP

H3 S

O

CoA

Malonyl-CoA

CoA

S

O O

O

H2



126

Les intermédiaires de la synthèse des acides gras sont liés à une protéine, l’ACP (Acyl Carrier Protein) et l’ensemble des réactions de la synthèse s’effectue sur un complexe multienzymatique, l’acide gras synthase.

L’acide gras synthase est un dimère de 240 kDa portant l’ensemble des domaines enzymatiques, avec 7 sites catalytiques.

Malonyl-CoA

H2

ACP

S

O O

O

Acétyl-ACP

ACP

S H3

O

Acétoacétyl-ACP

H2

ACP

S

O

H3

O

Condensation ACP + CO2



127

Acétoacétyl-ACP

H2

ACP

S

O

H3

O

D-3-hydroxybutyryl-ACP

H2

ACP

S

O

H3

OH

H

Réduction

NADPH

NADP

Crotonyl-ACP

Déshydratation

D-3-hydroxybutyryl-ACP

H2

ACP

S

O

H3

OH

H

H20

H

ACP

S

O

H3

H



128

Crotonyl-ACP

H

ACP

S

O

H3

H

Réduction

NADPH

NADP

Butyryl-ACP

H2

ACP

S

O

H3

H2

EC

KR DH

ER

TE

Le complexe enzymatique acide gras synthase

Palmitate (16C)

ACP

Acétyl-CoA (2C)

Malonyl-CoA (3C)

AT

MT

Après 7 tours

Réductase

Déshydratase

Transacétylase

Transférase

Réductase

Hydrolysé de l’ACP

CO2



129

Le bilan de la synthèse d’une molécule de palmitate

Acétyl-CoA + 7 Malonyl-CoA + 14 NADPH + 20 H+

1 Palmitate + 8 CoA + 14 NADP+ + 7 CO2 + 6 H2O

7 Acétyl-CoA + 7 CO2 + 7 ATP

7 Malonyl-CoA + 7 Pi + 7 ADP + 14 H+

8 Acétyl-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+

1 Palmitate + 8 CoA + 14 NADP+ + 7 ADP + 7 Pi + 6 H2O

La synthèse des acides gras est contrôlée à court terme et à long terme

1- La régulation à court terme implique l’acétyl-CoA carboxylase

Allostérique : activée par le citrate, inhibée par le palmitoyl-CoA

2- La régulation à long terme met en jeu la régulation de la transcription de nombreux gènes de la glycolyse et de la lipogenèse

Activation par le glucose, inhibition par les acides gras

Covalente : phosphorylation/déphosphorylation



130

Régulation allostérique de l’activité de l’acétyl-CoA carboxylase

Acétyl-CoA

Malonyl-CoA

Citrate

ACCa ACCi

Palmitoyl-CoA

Polymérisation

Dépolymérisation

Régulation covalente de l’activité de l’acétyl-CoA carboxylase

Acétyl-CoA

Malonyl-CoA

Protéine kinases

Protéine Ptase

AMPc

AMP

Glucagon

Déficit énergétique

Insuline

ACCa ACCi P



131

La transcription de nombreux gènes impliqués dans la lipogenèse est stimulée par le glucose, via l’un des ses métabolites

Gènes codant des enzymes de la glycolyse

Gènes codant des enzymes de la lipogenèse

Pyruvate kinase, Fructose-2,6-P2 kinase/Ptase

Acide gras synthase, acétyl-CoA carboxylase, ATP Citrate lyase

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le chier. Si le x rouge est toujours a ché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer. SREBP -1c

Elément de réponse aux stérols

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le chier. Si

CYTOSOL

NOYAU Gène des enzymes de la lipogenèse 68 kD

125 kD

Cleavage protéolytique

Réticulum endoplasmique

SRE

Insuline



132

Régulation de l’expression des gènes des enzymes de la lipogenèse

1- Le principal facteur contrôlant l’expression des gènes des enzymes de la lipogenèse est le glucose

2- L’insuline potentialise les effets du glucose :

En induisant la glucokinase au niveau du foie En stimulant le transport du glucose au niveau du tissu adipeux

Devenir des acyl-CoA synthétisés lors de la lipogenèse

Dans le foie, les acyl-CoA synthétisés lors de la lipogenèse vont être estérifiés en triglycérides, empaquetés dans des lipoprotéines (VLDL), puis exportés vers d’autres tissus

Dans le tissu adipeux, les acyl-CoA synthétisés lors de la lipogenèse vont être estérifiés en triglycérides, puis stockés dans des gouttelettes lipidiques



133

Les acides gras doivent être estérifiés avant d’être mis en réserve sous forme de triglycérides

2 Acyl-CoA Glycérol-3-P

Glycérol-3-P acyltransférase

Phosphatidate phosphohydrolase

Diacylglyécol acyltransférase

Acyl-CoA

Phosphatidate

Diacylglycérol

Triacylglycérol

Pi

Glucose

Glycérol

Tissu adipeux

Foie

Le glycérol-3-P nécessaire à l’estérification des acyl-CoA peut provenir de deux sources, selon l’état nutritionnel

En période post-prandiale, le glycérol-3-P provient de la glycolyse

Glycérol-3-P Dihydroxyacétone-P

Glycérol-3-P deshydrogénase

NAD NADH

Glycérol Glycérol kinase

ATP ADP

Mg++ Glycérol-3-P

En période post-absorptive, le glycérol-3-P peut provenir du glycérol plasmatique. Uniquement dans le foie car la glycérol kinase n’est pas présente dans le tissu adipeux



134

HépatocytesPlasma

Acide gras

Les hépatocytes synthétisent des triglycérides et les exportent sous forme de lipoprotéines de très faible densité (VLDL)



Diacylglycérol acyltransférase

Lysophosphatidate

Diacylglycérol

VLDL

Triacylglycérol

Pi

2 Acyl-CoA

Glycérol-3-P

Acyl-CoA Acide gras

Glycérol

VLDL

Triacylglycérol

AdipocytesPlasma

Acide gras

Les adipocytes synthétisent des triglycérides et les mettent en réserve dans des goutellettes lipidiques



Diacylglycérol acyltransférase

Lysophosphatidate

Diacylglycérol

Triacylglycérol

Pi

2 Acyl-CoA

Glycérol-3-P

Acyl-CoA Acide gras

Glucose

Gouttelette lipidique



135

EntérocytesDuodénum

Triglycérides

Monoacylglycérol

Lipase pancréatique

Lymphe

AGLAGL

ChylomicronsAcides

biliaires

Monoacylglycérol

ChylomicronsTriglycérides

Diacylglycérol

CoA

Acyl-CoA

CoA

Acyl-CoA

TG

Synthèse, sécrétion et adressage de la lipoprotéine lipase sur les cellules endothéliales

Cellules endothéliales

CellulePlasma

LP Lipase

Noyau

Gène



136

La lipoprotéine lipase

Cellules endothéliales

Cellule Plasma

Triglycérides

Acides gras Acides gras

Triglycérides

LP Lipase Glycérol-3-P

Régulation de l’activité de la lipoprotéine lipase

Nourri A Jeun Exercice Lactation

Tissu adipeux

Muscles

Coeur

Glande mammaire



137

Régulation de l’activité de la lipoprotéine lipase

Insuline Catécholamines Prolactine

Tissu adipeux

Muscles

Coeur

Glande mammaire

glucose

glucose

2 pyruvate

2 acétyl CoA

4 CO2

2 CO2

2 lactate

glucose 6P glycogènepentoses

glucuronides

Acides Gras

1 2

3

3

5

5

6

7

8

9

10

11

12

1: entrée glucose; 2: sortie glucose; 3: glycolyse; 4: LDH; 5: néoglucogenèse 6: PDH; 7: cycle de Krebs; 8: glycogénosynthèse; 9 glycogénolyse;10: voie des pentoses; 11 synthèses des glucuronides; 12: synthèse des acides gras

4

mitochondries



138

• La voie des Pentoses-Phosphate génère du NADPH à fort pouvoir réducteur et des électrons servant à des biosynthèses

C6 C6 C5

Voie oxydative unidirectionnelle

NADPH NADPH + CO2



139

Voie des pentoses-phosphate 1 : phase oxydative

Voie des pentoses-phosphate 2 : phase oxydative



140

C6 C6 C5

Voie oxydative unidirectionnelle

NADPH NADPH + CO2

Voie non-oxydative bidirectionnelle

C6 + C3 intermédiaires de la glycolyse

Glucose G-6-P 6-phosphogluconate

ATP ADP NADP+

NADPH, H+

Ribulose 5-phosphate

NADP+

CO2

Xylulose 5-phosphate

Fructose 6-phosphate Fructose 6-phosphate

Ribose 5-phosphate

Erythrose 4-phosphate

Glycéraldéhyde3-phosphate Sédoheptulose

7-phosphateGlycéraldéhyde3-phosphate

transcétolase

NADPH, H+

transcétolase

transaldolase

3 mol de pentose donnent 2 F6-P + 1 GA3-P



141

Bilan de la voie des pentoses-phosphate

3 G-6-P + 6 NADP+ + 3 H20

6 NADPH + 6 H+ + 3 CO2 + 2 F-6-P + GA-3-P

Régulation de la voie des pentoses-phosphate

La voie des pentoses-phosphate est très active dans le foie, le tissu adipeux, les glandes cortico-surrénales, les gonades, la glande mammaire, tissus nécessitant du NADPH pour synthétiser des acides gras ou des stéroïdes.

Elle est très peu active dans les autres tissus, par exemple les muscles. Cependant, tous les tissus ayant besoin de ribose-5P pour synthétiser des nucléotides (ARN, ADN), celui-ci peut être synthétisé à partir du fructose-6P, par inversion de la partie non-oxydative de la voie des pentoses-phosphate.



142

Un exemple physiopathologique

Prévalence dans la population normale : 14-24 % Prévalence chez les obèses : 75%

Stéatose simple : Accumulation de triglycérides hépatiques (> 5-10% du poids du foie).Maladie du foie gras non alcoolique (NAFLD)

La stéatose simple peut évoluer vers une stéatohépatitenon alcoolique (NASH) (10-20%), une cirrhose (3-5% en20 ans) et un cancer du foie

VLDL

Glucose

FA

Chylomicrons

FFA

TGLipogenèse

Remnants

1

2

3

1

2

330%60%

10%

Oxydation

Intestin

Tissu adipeux

TG

Origine des acides gras métabolisés par le foie chezles patients présentant une stéatose



143

Stéatose

FOIEVLDL

FA

Tissu adipeux

NEFA TG

Lipolyse

Insulinorésistance

ß-oxydation

LipogénèseMalonyl-CoA

Dyslipidémie

Glucose Estérification

MTP

TG

• L ’obésité de la souris ob/ob est due à une mutation du gène de la Leptine qui conduit à l ’absence de Leptine

• La Leptine est produite par le tissu adipeux et agit par son récepteur hypothalamique sur la satiété

• Le traitement des souris ob/ob par la leptine permet une correction spectaculaire des anomalies



144

Déficience en leptine et obésité

Garçon avec une déficience héréditaire du gène encodant la leptine: - Haut: à 3 ans - Bas: même garçon, à 8 ans, après plusieurs années de traitement à la

leptine.



145



146

Faculté de Médecine Paris Descartes 2013-2014TRONC COMMUN Année 2 - UE3 GENETIQUE / METABOLISME

METABOLISME Pr Daniel Ricquier

LIPOLYSE, - ß-OXYDATION - CETOGENESE


METABOLISME COURS 4 - Pr Daniel Ricquier

LIPOLYSE, - ß-OXYDATION - CETOGENESE

• Lipolyse

• ß-oxydation des acides gras

• Cétogénèse (ex de pathologies…)



147

Métabolisme intracellulaire des acides gras

Triglycérides

Acyl-CoA

Acétyl-CoA

Energie

Lipogenèse

Lipolyse

Acide gras

Oxydation

Synthèse des TG

Acides gras

Lipolyse

Acides gras Albumine

Adipocyte Plasma

Acides gras FABP

Acyl-CoA

Acylglycérol

2 Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours a ché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.Acyl-CoA

Corps cétoniques

3

Mitochondrie

Régulation de l’oxydation des acides gras et de la cétogenèse

Triglycérides

Hépatocyte

Acides gras

Cycle de Krebs Triglycérides



148

Régulation de l’activité de la lipase sensible aux hormones

Catécholamines

Insuline

Phosphodiestérase

Adénylate cyclase

ATP

AMP

AMPc

Triglycérides

Monoacylglycérol

Acide gras + Glycérol

Monoacylglycérol lipase

Lipase Lipase-P

Protéine kinase

Protéine Ptase

+

+

+

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est

Protéine kinase dépendante de

l’AMPc

Catécholamines

Ga R Cyclase

ATP AMPc

AMPc R C

Phosphorylation de la lipase Sur Ser/Thréo

Récepteur ß-adrénergique

C C R R

Adénylate cyclase



149

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est

Catécholamines

R Cyclase

ATP AMPc

Récepteur -adrénergique

Gi

Inhibition de la lipase

Insuline

PI 3 kinase

AMP

Phosphodiestérase

Inhibition de la lipase

Catécholamines

Ga R Cyclase

ATP AMPc PDE

Akt/PKB

IRS-TyrP



150

Différents sites de régulation du métabolisme des acides gras dans le foie

Transport

Acide gras FABP

Corps cétoniques

CO2

Acyl-CoA

Acétyl-CoA

MITOCHONDRIE

Triglycérides Phospholipides

MICROSOMES

Acyl-CoA

Acyl-CoA Acide gras Albumine

Oxydation

Estérification

FATP CD36

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque pe

Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-ê

'

l

iI

h

ddddddddd''

i

Matrice mitochondriale

Tran

sloc

ase

Acide gras

Acyl-CoA

Acyl-CoA

Acyl-Carnitine

CPT II

CPT I

Acyl-CoA synthétase

Acyl-CoA

Carnitine

Acyl-Carnitine

Acétyl-CoA

Corps cétoniques

Cycle de Krebs

Interne Externe

Membrane mitochondriale

Cytosol



151

La ß-oxydation mitochondriale

Acyl-CoA

Transénoyl-CoA

3-hydroxyacyl-CoA

3-cétoacyl-CoA

Acyl-CoA + Acétyl-CoA

Cycle de Krebs



Acyl-CoA déshydrogénase

Enoyl-CoA hydratase

3-hydroxyl-CoA déshydrogénase

Thiolase

FADH

NADH

H2O

CoA

Le bilan de l’oxydation d’une molécule de palmitate

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

8 Acétyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 CoA + 7 H+


17,5 ATP 10,5 ATP 80 ATP

Cycle de Krebs

108 ATP - 2 ATP utilisés dans l’activation du palmitate en palmitoyl-CoA

106 ATP



152

Interrelation entre synthèse et oxydation des acides gras

Acide gras Triacylglycérol

Acyl-CoA

Acyl-CoA

Malonyl-CoA

Acétyl-CoA

Citrate

Citrate

Pyruvate

Pyruvate

Acétyl-CoA

CPT I

Mitochondrie

Glucose

Acyl-Carnitine

Acyl-CoA

CPT II

CO2

FAS

ACC

ATPCL

Glycérol-3-P

Cellule musculaire

Facteurs contrôlant la concentration du malonyl-CoA dans la cellule

Cellule hépatique

Glucose, Insuline

ACC type foie CPT I type foie

Glucagon, Jeûne, Diabète

ACC type muscle CPT I type muscle

Glucose, Insuline

Contraction, exercice



153

Gène de la CPT1

Acides gras AMPc

[malonyl-CoA]

+

Acides gras

Acétyl-CoA

Corps cétoniques

CPT1

Régulation hormonale de l’oxydation hépatique des AGCL

+ Acétyl-CoA carboxylase

++ Transcription

Allostérique

NAD NADH

Synthèse des corps cétoniques

2 Acétyl-CoA

Acétoacétyl-CoA

Acétoacétyl-CoA thiolase

Acétyl-CoA

Hydroxyméthylglutaryl-CoA

Acétoacétate 3-hydroxybutyrate

Acétone

HMG-CoA synthase

HMG-CoA lyase Acétyl-CoA

Décarboxylation spontanée

CoA

CoA

CO2

+



154

Utilisation des corps cétoniques

2 Acétyl-CoA

3-hydroxybutyrate Acétoacétate

3-hydroxybutyrate Acétoacétate Succinyl-CoA

Succinate

Succinyl-CoA transférase (absente dans le foie)

Acétoacétyl-CoA

Acétoacétyl-CoA thiolase

Cycle de Krebs

Plasma

Cellule NADH NAD

CoA

A T P

5 0 %

4 0 % 1 0 %

1 0 % Urine

Utilisation des corps cétoniques

Cerveau ATP

Rein

Acétone

Corps cétoniques



155

Un exemple physiopathologique

Un nouveau-né souffrant de l’absence de carnitine palmitoyltransférase 1 (CPT1)

Développe une hypoglycémie sévère lors d’un jeûne, malgré la présence d’une concentration élevée d’acides gras (lipolyse normale)

Pas de cétogenèse hépatique

1

2

20

Hypoglycémie sans cétose chez un nouveau-né

Heures de jeûne 10

AGL

Glucose

Corps cétoniques

Une biopsie de foie permet de diagnostiquer un défaut de CPT1

AGL et Corps cétoniques (mM/l) Glucose (g/l)

1

0

0,5



156

3/07/13

AGL Longue chaîne

Acyl-CoA

Acyl-Carnitine

Acyl-CoA

AGL Chaîne moyenne

Acyl-CoA

CPT1

CPT2

ß-oxydation ß-oxydation

Hypoglycémie sans cétose chez un nouveau-né Correction par l’administration de Triglycérides à chaîne

moyenne

1

2

20 Heures de jeûne 10

Glucose

Administration de MCT

Corps cétoniques

Glucose (g/l)

1

0

0,5

Corps cétoniques (mM/l)



157

Régulation de la néoglucogenèse par les acides gras

Glucose

Glycéraldéhyde-P

Triose-P déshydrogénase

1,3-DPG

3-PGA

PEP

Oxaloacétate

PEPCK

NAD

NADH

Pyruvate

Acétyl-CoA

Pyruvate déshydogénase


NADH

ATP

ATP

Acétyl-CoA

ATP

GTP

Oxydation des acides gras


METABOLISME - Pr Daniel Ricquier

HYPERLIPOPROTÉINÉMIES, CHOLESTÉROL, LIPOPROTÉINES



158

HYPERLIPOPROTÉINÉMIES, CHOLESTÉROL, LIPOPROTÉINES

- Hyperlipoprotéinémies - Cholestérol - Métabolisme et pathologies des Lipoprotéines

Faculté de Médecine Paris Descartes 2012-2013 TRONC COMMUN Année 2 - UE3 GENETIQUE / METABOLISME

METABOLISME COURS 10 - Pr Daniel Ricquier HYPERLIPOPROTÉINÉMIES, CHOLESTÉROL, LIPOPROTÉINES

glucose

glucose

2 pyruvate

2 acétyl CoA

4 CO2

2 CO2

2 lactate

glucose 6P glycogène pentoses

glucuronides

Acides Gras

1 2

3

3

5

5

6

7

8

9

10

11

12

1: entrée glucose; 2: sortie glucose; 3: glycolyse; 4: LDH; 5: néoglucogenèse

6: PDH; 7: cycle de Krebs; 8: glycogénosynthèse; 9 glycogénolyse;

10: voie des pentoses; 11 synthèses des glucuronides;

12: synthèse des acides gras

4

mitochondries



159

glucose

glucose

2 pyruvate

2 acétyl CoA

4 CO2

2 CO2

2 lactate


glucuronides

Acides Gras

1 2

3

3

5

5

6

7

8

9

10

11

12





4

mitochondries

lipides

acétyl CoA

citrate

glucose

glucose

2 pyruvate

2 acétyl CoA

4 CO2

2 CO2

2 lactate


glucuronides

Acides Gras

1 2

3

3

5

5

6

7

8

9

10

11

12





4

mitochondries

lipides

acétyl CoA

citrate



160

Les différents types de lipides

Lipides intra-cellulaires - Acides gras, Cholestérol - Acides gras estérifiés: Triglycérides, Phospholipides, Esters de Cholestérol

Transport entre cellules - Acides gras libres (non estérifiés) associés à l’albumine - Lipoprotéines: cholestérol/PL/TG

Les lipoprotéines plasmatiques

1. Les lipides sont insolubles dans l’eau rendant impossible leur transport dans le plasma

2. Nécessité d’association à des protéines:

- les acides gras à longue chaîne sont associés à l’albumine - Les triglycérides sont associés dans des complexes lipoprotéiques

3. Les lipoprotéines plasmatiques ont deux fonctions:

- solubilisation et transport des lipides - molécules de reconnaissance (signaux d’adressage cellulaire) par des

récepteurs membranaires impliqués dans le métabolisme lipidique et les échange de lipides



161

Les Hyper-lipoprotéinémies Classification de Fredrickson

type I: hyperchylomicronémie ou hypertriglycéridémie dépendante des graisses alimentaires

type IIa: hypercholestérolémie pure par augmentation des LDL +++

type IIb: hyperlipidémie combinée LDL et VLDL

type III: hypercholestérolémie par augmentation des IDL

type IV: hypertriglycéridémie par augmentation des VLDL ( ou hypertriglycéridémie endogène, dépendante des glucides, de l'alcool ou d'une obésité)+++

type V: hyperchylomicronémie et VLDL

Pathologie du cholestérol

Cholestérol total: 3,2 à 6,97 mmol/l ou 1,24 à 2,7 g/l Mais risque modéré de complications cardio-vasculaires ischémiques (morbidité et mortalité coronariennes notamment) si - 5,17 à 6, 21 mmol/l ou 2-2,4 g/l - et risque élevé si > 6,21 mmol/l ou 2,4 g/l

HDL* cholestérol < 1 mmol/l ou 0,4 g/l : risque majeur de maladie coronaire

LDL** cholestérol 3,4 - 4,1 mmol/l ou 1,3-1,6 g/l : risque modéré

LDL cholestérol > 4,1 mmol/l 1,6 g/l : risque élevé *HDL = « bon cholestérol », ramènent le C au foie (destruction) **LDL = « mauvais C », LDL prennent le C au foie et l’emmènent ds l’organisme (vx )



162

SYNTHESE du CHOLESTEROL

1. Structure 2. Importance biologique 3. Voie de biosynthèse 4. Régulation de la synthèse

A B

C D

1. Structure du cholestérol Cholestérol

HO

2

1

3

4 5

6 7

8

9 10

19

11

12 13

18

14 15

16

17

3 5 6

17

21 20

22 24 26

23 27

25

D

A B

C

Noyau Cyclopentanoperhydrophenanthrene ; groupe OH en C3, insaturation en C5-C6, groupes CH3 en C18 et 19, chaîne hydrocarbonée de 8C fixée en C17



163

1. Structure du cholestérol

HO

D

A B

C

CH3

CH3

CH3

C CH2 H CH2 CH2 C CH3

CH3

H

- groupe OH en C3, insaturation en C5-C6, - groupes CH3 en C18 et 19, - chaîne hydrocarbonée de 8C fixée en C17

2. Importance biologique du cholestérol

• Totalement insoluble dans l’eau • Composant des membranes cellulaires • Forme libre + esters de cholestérol • Précurseur des acides et sels biliaires, des

hormones stéroïdes, de la Vitamine D • 1,5 - 2 g/l dans le sang, pplt lié aux

lipoprotéines • Sels biliaires = forme majeure d’excrétion



164

3. Voie de biosynthèse du cholestérol

• synthèse du mévalonate (6C) • conversion du mévalonate en isoprène (5C) • condensation de 6unités isoprène en

squalène (30 C) • conversion du squalène en noyau stéroïde à

4 cycles

synthèse du mévalonate 1 & 2 1. Condensation de 2 mol. d’Acétyl-CoA Acétoacétyl-CoA

acétyl-CoA acétyltransférase (thiolase)

O ll

CH3 - C - SCoA + O

ll CH3 - C - SCoA

O ll

CH3 - C - CH2 - C - SCoA

O ll

+ CoA - SH

2. acétoacétyl-CoA + acétyl-CoA 3-hydroxy-3-méthylglutaryl CoA (HMG CoA) + CoA HMG-CoA synthase

O ll

C - SCoA l CH2 l

OH - C - CH3

CH2 l

l COOH

HMG CoA



165

synthèse du mévalonate 3

3. HMG CoA + 2 NADPH + H+ Mévalonate + 2 NADP+ + CoA

HMG-CoA réductase*

O ll

C - SCoA l CH2 l

OH - C - CH3

CH2 l

l COO-

CH2OH l CH2 l

OH - C - CH3

CH2 l

l COO-

mévalonate

•Cible des statines

conversion du mévalonate en isoprène mévalonate Mévalonate kinase

5-phosphomévalonate 5-phosphomévalonate kinase

5-pyrophosphomévalonate décarboxylation

3-isopentényl pyrophosphate

CH2OH l CH2 l

C - CH3 CH2 l

l COO-

mévalonate

CH2O - P - O - P - O-

I CH2 l

Il

Isopentényl pyrophosphate

OH - C - CH3

CH2

II II

I I

O O

O- O-



166

conversion du mévalonate en isoprène 3-isopentényl pyrophosphate

C - CH3

CH2O - P - O - P - O-

I CH2 l

Il

isopentényl pyrophosphate

CH2

II II

I I

O O

O- O- 3,3-diméthylallyl pyrophosphate

géranyl pyrophosphate (10 C)

farnésyl pyrophosphate (15 C)

CH3-C = I CH3

CHCH2 CHCH2 CH2C = CHCH2 CH2C =

I I CH3 CH3

farnésyl pyrophosphate

II II

I I

O O

O- O- O - P - O - P - O-

I I I

I I I

unité isoprène

condensation de 6unités isoprène en squalène (30 C) Structure du farnésyl pyrophosphate

CH3-C = I CH3

CHCH2 CHCH2 CH2C = CHCH2 CH2C =

I I CH3 CH3

farnésyl pyrophosphate

II II

I I

O O

O- O- O - P - O - P - O-

I I I

I I I

O O

O- O- O - P - O - P - O-

II II

I I



167

Squalène :Condensation « tête-tête » de 2 farnésyl pyrophosphate

II II

I I

O O

O- O- O - P - O - P - OH

II II

I I

OO

O- O- O - P - O - P - OH

+

NADPH, H+

squalène

NADP+ + 2 PPi

Structure du squalène (30 C)



168

conversion du squalène en noyau stéroïde à 4 cycles l’époxyde de squalène se cyclise en lanostérol qui est converti en cholestérol

O Époxyde (O2, NADPH)

lanostérol

HO

lanostérol

HO

HO

19

18

3 5

17

21 20

22 24

23 27

25

D

A B

C

cholestérol

cyclase

(NADPH)



169

4. Régulation de la synthèse du cholestérol

. le cholestérol libre diminue taux et activité de la 3-hydroxy-3méthylglutaryl CoA Réductase et donc sa propre synthèse (statines)

• le cholestérol libre inhibe la synthèse de LDLR (et donc l’entrée du cholestérol) via un élément de réponse aux stérols présent dans le gène

• le cholestérol libre induit sa réestéérification par activation de l’Acyl CoA : cholestérol acyltransférase (ACAT)

Le cholestérol: - diminue HMG CoA réductase (cf statins) - induit ACAT - dimine le nombre de LDLR



170

Généralités sur les lipoprotéines

Particules constituées d’un noyau lipidique très hydrophobe et d’une surface relativement hydrophile

Le noyau lipidique est constitué de triglycérides et d’ester de cholestérol

La surface est constituée d’une couche de phospholipides et de cholestérol libre

Chaque particule est associée à une ou plusieurs protéines, les apolipoprotéines, qui ont un domaine hydrophobe orienté vers le centre de la particule et un domaine hydrophile exposé à la surface

Apolipoprotéine

Structure d’une particule de lipoprotéine

Phospholipide

Cholestérol libre

Ester de cholestérol

Triglycéride

Apolipoprotéine

Apolipoprotéine



171

Hétérogénéité des lipoprotéines plamatiques

Densité moyenne (g/ml)

Diamètre (nm)

0,93

0,97

1,01

1,04

1,09

1,17

75-1200

30-80

25-35

18-25

9-12

5-9

Chylomicrons

VLDL

IDL

LDL

HDL 2

HDL 3

Composition des principales lipoprotéines

Lipoprotéine

Chylomicrons

VLDL

LDL

HDL

Composition (% poids)

Protéines Cholestérol Triglycérides Phospholipides

IDL

90

65

30

10

2

4

13

25

30

22

5

13

45

18

30

1

10

20

50

18



172

Fonctions des Apolipoprotéines

Structure des lipoprotéines

Transport des lipides

Indispensables à la synthèse des lipoprotéines : B48 et B100

Activation d’enzymes : Apo C-II LPL Apo A-I LCAT

Reconnaissance des récepteurs : Apo E, Apo B100 et Apo A-I



173

Les lipoprotéines assurent 3 fonctions

Apport en acides gras au tissu adipeux et aux muscles sous forme de triglycérides contenus dans les chylomicrons et les VLDL

Apport en cholestérol aux tissus périphériques grâce aux LDL provenant du catabolisme des VLDL

Retour du cholestérol non utilisé par les tissus vers le foie grâce aux HDL qui proviennent du métabolisme des chylomicrons et des VLDL.

Le métabolisme des lipoprotéines

• La voie exogène : chylomicrons (distribution des graisses alimentaires)

• La voie endogène (VLDL synthétisés dans le foie)

• Métabolisme des HDL (transport inverse du cholestérol)



174

Intestin

Synthèse des lipoprotéines par voie exogène et endogène

Exogène Chylomicrons

Lipoprotéines de très faible densité

(VLDL) Endogène

Foie

Acides gras

Graisses alimentaire (95% de triglycérides)

La voie exogène du métabolisme des lipoprotéines

Graisses alimentaires

ApoCII

Chylomicrons

Action de la LP Lipase AGL

HDL

Intestin

AGL CO2 TG

Foie

Tissu adipeux Muscles

Résidus (Remnants) riches en cholestérol



175

La voie endogène du métabolisme des lipoprotéines

ApoCII

VLDL

HDL

TG

Apo B100

Action de la LP Lipase AGL AGL CO2 TG

Tissu adipeux Muscles

Différents tissus

LDL riches en cholestérol

Rôle du récepteur des LDL dans le métabolisme du cholestérol

Les LDL sont la source principale de cholestérol pour les cellules non hépatiques. Elles permettent l’entrée du cholestérol selon les étapes suivantes:

- l’apoprotéine B-100 présente à la surface d’une particule LDL se lie à un récepteur spécifique de la membrane plasmique. Ces récepteurs sont localisés dans les régions riches en clathrine (coated pits).

- le complexe LDL-récepteur est alors internalisé par endocytose, les vésicules fusionnant avec des lysosomes qui hydrolyse la partie protéique et les esters de cholestérol du complexe, le LDLR retournant à la membrane.

- le cholestérol libre induit sa réestérification par activation de l’Acyl:CoA : cholestérol acyltransférase (ACAT)

- le cholestérol libre inhibe la synthèse du récepteur des LDL (et donc l’entrée du cholestérol) via un élément de réponse aux stérols présent dans la gène

- le cholestérol libre diminue taux et activité de la 3-hydroxy-3méthylglutaryl CoA réductase et donc sa propre synthèse (travaux de Brown et Goldstein)



176

Prix Nobel de Médecine 1985

Michael S. Brown Joseph Goldstein

pour « leurs découvertes concernant la régulation du métabolisme du cholestérol ».

Department of Molecular Genetics, University of Texas Southwestern Medical Center,

Dallas, Texas

Synthèse du Récepteur des LDL

Synthèse du cholestérol

Excès de cholestérol

Stockage des EC

Récepteurs des des acides biliaires



177

Le récepteur des LDL et la régulation de la concentration cellulaire en cholestérol

Endocytose

Noyau

Cholestérol

SREBP2 non clivé

Lysosome

Recyclage

Synthèse

Gène

CE

ApoB 100

LDL

Récepteur LDL

-Les LDL riches en cholestérol sont captées par les tissus et le foie en particulier, via le récepteur des LDL (LDLR) présent à la surface des cellules. Cette épuration du cholestérol plasmatique protège contre les maladies cardiovasculaires. L’absence de ce récepteur ou la diminution de son activité (mutations) accroît fortement la prévalence des accidents cardio-vasculaires.

- Le captage des LDL et du cholestérol est contrôlé car l’augmentation intracellulaire du cholestérol réprime la transcription du gène LDLR. Après avoir identifié le LDLR, Brown et Golstein ont démontré que le rétro-contrôle de la synthèse de LDLR par le cholestérol était expliqué par une protéine particuliére: la SREBP-2 (Sterol Regulatory Element Binding Protein 2).

- La SREBP-2 est une protéine ancrée dans la membrane du réticulum endoplasmique. Dans des cellules carencées en cholestérol, SREBP-2 est transportée vers l’appareil de Golgi et y est clivée par des protéases (S10, S2P) qui libèrent la partie active de SREBP dans le cytoplasme. Cette partie active entre dans le noyau et stimule la transcription du gène LDLR et des gènes impliqués dans la synthèse du cholestérol. Lors d’une alimentation riche en graisse, le niveau élevé de cholestérol dans les cellules bloque la transfert de SREBP vers le Golgi et la coupure activatrice de SREBP.



178

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si le x rouge est toujours a ché, vous devrez peut-être supprimer l'image avant de la réinsérer.SREBP2

Elément de réponse aux stérols

Impossible d'a cher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouvrir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouvrez à nouveau le fichier. Si

CYTOSOL

NOYAU Gène du récepteur des LDL et du métabolisme du cholestérol 68 kD

125 kD

Cleavage protéolytique

Réticulum endoplasmique

SRE

Carence en Cholestérol

SREBP est une protéine attachée à la membrane du réticulum endoplasmique. Dans des cellules privées de cholestérol, SREBP est transportée vers l’appareil de Golgi et y est clivée par 2 Protéases (S1P et S2P) qui libèrent la partie active de SREBP dans le cytoplasme. Cette partie, le fragment bHLH de SREBP entre dans le noyau et active la transcription du gène LDLR et des gènes impliqués dans la synthèse du cholestérol. Lors d’une alimentation riche en graisse, le niveau élevé de cholestérol dans les cellules bloque le transfert de SREBP vers le Golgi et la coupure activatrice de SREBP.



179

La voie inverse du cholestérol

Retour du cholestérol non utilisé par les tissus vers le foie grâce aux HDL qui proviennent du métabolisme des chylomicrons et des VLDL.

Le métabolisme des lipoprotéines

• La voie exogène : chylomicrons (distribution des graisses alimentaires)

• La voie endogène (VLDL synthétisés dans le foie)

• Métabolisme des HDL (transport inverse du cholestérol)



180



181

MÉTABOLISME DES PURINES ET

DES PYRIMIDINES

Ir¯ne C®ballos-Picot

ThymineUracileCytosine

Adénine Hypoxanthine Guanine



182

BaseAdénine

NucléosideAdénosine

NucléotideAMP

ADP

ATP

Adénine-Ribose-P P

Adénine-Ribose –P P P

Synthèse de novo

Interconversions

Dégradation



183

MÉTABOLISME

DES PURINES



184

-2O3P-O-CH2 HO

OH OH

H H H OH

-2O3P-O-CH2 HO

OH OH

H H

H O P O P O-

5-phosphoribosyl- -1-pyrophosphate (PRPP)

O O

O- O-

-D-ribose-5-phosphateATP

AMP PRPP synthétase

R5P + ATP PRPP + AMP

AMP + ATP ADP + ADP

R5P + 2ATP PRPP + 2ADP

DONC : la synthèse d’ 1 PRPP consomme 2 liaisons « riches en énergie », soit 2 ATP



185

-2O3P-O-CH2 HO

OH OH

H H

H O P O P O-

5-phosphoribosyl- -1-pyrophosphate (PRPP)

O O

O- O-

-2O3P-O-CH2 NH2O

OH OH

H H

H H

5-phosphoribosyl-1-amine

Gln O O

O- P O P O-

O- O-

Pyrophosphate (PPi) H2O

2 Pi

Glu

1ère étape de la synthèse de novo des purines

SYNTHÈSED'UN NUCLÉOTIDE (IMP)

SYNTHÈSE À PARTIR DE MOLÉCULES SIMPLES (Glutamine, glycine, aspartate,CO2, formyl THF).

10 ÉTAPES ( + synthèse de PRPP)

BILAN ÉNERGÉTIQUE: 5 ATP + 2 équivalents ATP (synthèse du PRPP) Total : 7 ATP



186

Tétrahydrofolate Méthylène THF

(THF)

Méthyl THF

Réduction

Formyl THF

Oxydation

Sérine Glycine

Synthèse du N10-formyl-tétrahydrofolate

ACIDES NUCLÉIQUES ACIDES NUCLÉIQUES

SYNTHÈSE DE NOVO

ATP GTP

AMP IMP GMP

ADÉNOSINE INOSINE GUANOSINE

ADÉNINE HYPOXANTHINE GUANINE

XANTHINE

ACIDE URIQUE



187

NUCLÉOTIDE

base-(désoxy)ribose-phosphate

Nucléotidase Nucléoside kinase

H2O ADP

Pi ATP PRPP

NUCLÉOSIDE

base-(désoxy)ribose Phosphoribosyltransférase

Pi

Nucléoside phosphorylase (désoxy)ribose 1-phosphate

BASE

INTERCONVERSIONS « VERTICALES »

-2O3P-O-CH2 HO

OH OH

H H

H O P O P O-

O O

O- O-

-2O3P-O-CH2 O

OH OH

H H

H H

PHOSPHORIBOSYLTRANSFÉRASES

O O

O- P O P O-

O- O-

Pyrophosphate (PPi) H2O

2 Pi

PRPP

base

N

base

NH



188

RECUPÉRATION

POOL DE NUCLÉOTIDES

7 ATP

1 ou 2 ATP

ACIDES NUCLÉIQUES ATP + R5P ACIDES NUCLÉIQUES

PRPP Glutamine

ATP GTPADP GDP

AMP IMP GMP



XANTHINE

ACIDE URIQUE



189

Synthèse de novo

Interconversions

Dégradation

Acide urique

MÉTABOLISME DES PURINES


SYNTHÈSE DE NOVO

ATP GTP

AMP IMP GMP



XANTHINE

ACIDE URIQUE



190

INTESTINACIDES NUCLÉIQUES

NUCLÉOTIDES NUCLÉOSIDES BASES ACIDE URIQUE

FOIE CELLULES

ACIDE URIQUE

NUCLÉOSIDES

(BASES)

URICÉMIE : 150 - 400 mol/L (femme)

200 – 500 mol/L (homme)

URICURIE : 2-5 mmol/24h REIN

A 77-year-old man presented with a 5-day history of painful swelling of his right elbow, which was also red, warm, and tender. When pressure was applied, a toothpastelike, white, chalky substance was easily expressible (Panel A). Four weeks earlier, palliative therapy with sorafenib had been started for metastatic renal-cell carcinoma. The patient reported that he was not taking any other medications and had no history of joint symptoms other than a compound fracture of the right elbow 30 years earlier. The serum creatinine and uric acid levels were slightly elevated (creatinine, 1.4 mg per deciliter [124 mol per liter]; normal range, 0.6 to 1.3 [53 to 115]; and uric acid, 7.4 mg per deciliter [440 mol per liter]; normal range, 3.4 to 7.0 [202 to 416]). Inspection of the entire body revealed one additional red, but painless, area of swelling over the right first distal interphalangeal joint (Panel B), which was associated with subepidermal, yellow–white material. We suspected an acute flare of previously asymptomatic, chronic tophaceous gout. Compensated polarized light microscopy of the expressed white, chalky substance revealed needle-shaped, negatively birefringent urate crystals (Panel C), confirming the diagnosis. The acute symptoms subsided rapidly with the use of allopurinol and prednisolone. No further flares have occurred.Wiesner T, Fried I.

N Engl J Med. 2009 Nov 19;361(21):e49.



191


SYNTHÈSE DE NOVO

ATP GTP

AMP IMP GMP

ADÉNOSINE INOSINE HGPRT GUANOSINE


XANTHINE

ACIDE URIQUE

Déficit en HGPRT: syndrome de Lesch-Nyhan

ACIDES NUCLÉIQUES ATP + R5P ACIDES NUCLÉIQUES

PRPP Glutamine ATP GTP ADP GDP

AMP IMP GMP

PRPP



XANTHINE

ACIDE URIQUE

Déficit en HGPRT: emballement de la synthèse de novo



192


SYNTHÈSE DE NOVO

ATP GTP

AMP IMP GMP

A P R ADÉNOSINE INOSINE GUANOSINE T


XANTHINE

2,8-DIHYDROXYADÉNINE ACIDE URIQUE

Xanthineoxydase

Déficit en APRT : lithiase urinaire de 2,8-dihydroxyadénine


SYNTHÈSE DE NOVO

dATP ATP GTP

dAMP AMP IMP GMP

ADÉNOSINE ADA INOSINE GUANOSINE dAdo dIno


XANTHINE

ACIDE URIQUE

Déficit en adénosine désaminase



193

Réduction du ribose en désoxyribose : passage obligé par la

Ribonucléoside-diphosphate-réductase:

C’est la même enzyme qui catalyse les 4 réductions

CDP dCDP

UDP dUDP dTTP

GDP dGDP

ADP dADP



194

Régulation allostérique de la

Ribonucléoside-diphosphate-réductase:Le dATP rétro-inhibe les 4 réductions

CDP dCDP

UDP dUDP dTTP

GDP dGDP

ADP dADP dATP


SYNTHÈSE DE NOVO

ATP GTP

AMP IMP GMP



XANTHINE

ACIDE URIQUE

à la recherche d’un immunosuppresseur …



195

IMP XMP GMP

NAD+ NADH Gln Glu

+ H2O + H+ + ATP +AMP + PPi

Lymphocyte-selective cytostatic and immunosuppressive effects of mycophenolic acid in vitro: role of deoxyguanosine nucleotide depletion. Eugui EM et al. Scand J Immunol. 33, 161-173, 1991.

Lymphocyte-selective antiproliferative and immunosuppressive effects of mycophenolic acid in mice. Eugui EM et al. Scand J Immunol. 33, 175-183, 1991.

CELLCEPT : Mycophénolate mofétil ; Autorisation de Mise sur le Marché 1996 :

« CellCept est indiqué, en association à la ciclosporine et aux corticoïdes, pour la prévention des rejets aigus d'organe chez les patients ayant bénéficié d'une allogreffe rénale, cardiaque ou hépatique. »

NX

O

O N

NR

CH3

N

R = CH3 X = CH3 Caféine (1,3,7-triméthylxanthine)

R = H X = CH3 Théophylline (1,3-diméthylxanthine)

R = CH3 X = H Théobromine (3,7-diméthylxanthine)



196

HOCH2 O

Acyclovir

Acyclovir

Thymidine kinase VIRALE

Acyclovir-monoP

kinases CELLULAIRES Acyclovir-diP

Acyclovir-triP

Inhibition de l’ADN polymérase VIRALE - inhibition compétitive vs dGTP - incorporation et terminaison de l’élongation

Traitement de l’herpès

MÉTABOLISME

DES PYRIMIDINES



197

Synthèse de novo

Interconversions

Dégradation

Produits du métabolisme intermédiaire

MÉTABOLISME DES PYRIMIDINES

SYNTHÈSE D’UNE BASE (Acide OROTIQUE) PUISD'UN NUCLÉOTIDE (UMP)

SYNTHÈSE À PARTIR DE MOLÉCULES SIMPLES (Glutamine, CO2, aspartate)

5 ÉTAPES ( + synthèse de PRPP)

BILAN ÉNERGÉTIQUE: 2 ATP + 2 équivalents ATP (synthèse du PRPP) Total : 4 ATP

Glutamine



198

ADN

ARN

dTTP UTP CTP dCTP Carbamyl phosphate Aspartate dTDP dUDP UDP CDP dCDP CO2 Carbamyl aspartate dTMP dUMP UMP OMP CMP dCMP

TdR UdR UR Dihydroorotate CR CdR

PRPP T U Orotate C

-amino- -Alanineisobutyrate

Glutamine + HCO3- + ATP

Carbamylphosphate

PRPP

OMP

UMP UDP UTP

CTP

Régulation de la synthèse des pyrimidines (mammifères)

++



199

Uracile Thymine

ADN

ARN

dTTP UTP CTP dCTP Carbamylphosphate Aspartate

dTDP dUDP UDP CDP dCDP CO2 Carbamyl

aspartatedTMP dUMP UMP OMP CMP dCMP

TdR UdR UR Dihydroorotate CR CdR

PRPP T U Orotate C

-amino- -Alanineisobutyrate

Synthèse de la thymidine triphosphate



200

Thymidylate synthase

Dihydrofolate réductase



201



202

N

O

H3CNH

HC C O

CC

CO

C

HOCH2

C CH H H

H

H

N3

Azidothymidine AZT (Rétrovir®)

AZT AZT-triphosphate

Inhibition de la transcriptase réverse du VIH

Compétition avec dTTP

Terminaison de chaîne



203

ANALOGUES

DE PURINES ET DE PYRIMIDINES

(Antimétabolites)

Anticancéreux

Immunosuppresseurs

Antibiotiques

Antiparasitaires

Antiviraux

Points importants

- Métabolisme des purines : rôle de la synthèse de novoet des voies de récupération - Métabolisme des purines : régulation - L’acide urique, produit final du métabolisme des purines ; la goutte - Déficit en APRT, lithiase de 2,8-dihydroxyadénine - Une enzyme-clé : la ribonucléotide réductase - Médicaments ciblant le métabolisme des purines - Métabolisme des pyrimidines : analogies et différences avec le métabolisme des purines - Synthèse de la thymidine : rôle des folates, applications médicamenteuses



204



205

Métabolisme de l’oxygène et Stress oxydant

R Barouki

Biochimie PCEM2 2013-3014

La notion de stress

Origine du motPhysique: réponse d un métal à la déformation Physiologique: ensemble de réponses à une

situation extrême (Selye: adrénaline) Cellulaire: réponse de la cellule à une agression Psycho-sociologique: manifestations

comportementales ou clinique chez un individu ou une population

Le stress est une réponse adaptative à une situation extrêmeCette réponse a un coût



206

Différents types de stress

Stress conformationnel: thermique, réticulum endoplasmique

Stress osmotique Stress oxydant Stress chimique ou stress d exposition aux

xénobiotiques Stress hypoxique Stress nutritionnel (jeûne) Stress mécanique: étirement (muscle)

cisaillement (shear stress, vaisseaux)

Stress d Exposition aux Xénobiotiques

Xénobiotique

Enzymes et transporteurs: Métabolisme et sortie

O-Conj

Récepteur:Détection et induction

élimination

Bénéfice: élimination de molécules potentiellement toxiques Coût: intermédiaires toxiques; stress oxydant



207

Stress par cisaillement (shear stress)

- Stress impliqué dans les maladies cardio-vasculaires - Flux laminaire affectant les cellules endothéliales - les effets cellulaires et pathologiques dépendentde la nature du flux: - flux régulier: favorise la différenciation des cellules endothéliales; induit les gènes protecteursanti-oxydants, SOD, GPx, HO1 (mécanisme?) - flux irrégulier: stress oxydant

- Comment ce stress provoque-t-il un stress oxydant? - oxydases - induction de CYP

•Intervient dans de nombreuses situations physiologiques et pathologiques:Développement, angiogenèse, maladies cardio-vasculaires, neurologiques,Cancer

•Induit la glycolyse anaérobie, la vasodilatation, l angiogenèse, l hématopoïèse

•Induction de gènes cibles: glycolyse, Glut, VEGF, EPO, NO-Synthase

•Médiateur: Facteur de transcription : HIF-1 et HIF-1ß

•Protéine HIF-1 stabilisée par l hypoxie

• Active la transcription de plus de 70 gènes

Stress hypoxique: déficit en oxygène***



208

Toute fuite d électrons en présence d O2 conduit à la formation d ERO (Espèces Réactives de l Oxygène)

O2 H2O2

SOD Fenton

MétauxMolécules réductrices OxydasesComplexes I et III

Monooxygénases h1O2

UVAO2

°- °OH

°NO

ONOO-

NOSArg

CatalasePeroxydasesPeroxyredoxines

Vitamines GSH

Stress oxydant ***

Les multiples origines des ERO

•Physiologiques: respiration, hormones, cytokines, phagocytose

•Physiopathologiques: déficit en GSH, déficit enzymatique,maladie mitochondriale, inflammation

•Physique ou chimique: irradiation, xénobiotiques oxydants (médicaments, polluants)

•Autres stress: stress du réticulum, stress thermique, hypoxie, stress mécanique….

***



209

Les effets des ERO

•Effets physiologiques: croissance cellulaire, inflammation

•Effets toxiques: ADN, ARN, lipides, protéines

•Adaptation au stress oxydant: induction des gènes « anti-oxydants » répression des gènes « pro-oxydants »

***

ERO: Toxicité à large spectre

ERO

ADNGénotoxicitéCancer

Lipides/lipoprotéinesMaladies CV InflammationMarqueurs

ProtéinesAgrégationMaladies dégénératives

Glucides/Protéines glyquées Diabète

***



210

Les effets des ERO

Effets Physiologiques

Effets Toxiques

AdaptationRégulation des gènes

Stress= réponse survie et toxicité secondaire

***

Stress oxydant: adaptation et défense

•1ère ligne: petites molécules anti-oxydantes; GSH,Vit C,Vit E,biliverdine

•2ème ligne: induction ou répression des gènes Activités enzymatiques anti-oxydantes: GPx, Cat, SOD, Hox… Activités enzymatiques pro-oxydantes: CYP, oxydases… Réparation: ADN, protéines (Trx, Trx réductase, chaperon)

•Dernière ligne: apoptose

***



211

Ubiquité de la réponse au stress oxydant

Bactéries: facteurs transcriptionnels OxyR et SoxR

Levures: facteur transcriptionnel Yap1

Mammifères: nombreux facteurs transcriptionnels comme NFkB, AP1, Nrf2 NFI, Sp1

Les différents domaines d un facteur transcriptionnel ou d un récepteur nucléaire

DBD:liaison à l ADN

localisationnucléaire

TAD: transactivation LBD: liaison du ligand



212

Comment modifier l activité d un facteur transcriptionnel

• activation ou inhibition directe: •Phosphorylation/déphosphorylation•Oxydation/réduction•Hydroxylation (pro) •Acétylation; méthylation, glycosylation •Ubiquitination, sumoylation •Interaction avec d autres protéines

•induction ou répression •Cascades de régulation

•Contexte local nucléaire •Co-activateurs, co-répresseurs •chromatine

Régulation des facteurs transcriptionnelspar le stress oxydant

SerThrCys

Effets directs sur le facteur transcriptionnel: Bactéries et levures: activation Eucaryotes supérieurs: inhibition cystéines sensibles

Effets sur une cascade de signalisation: en général, activation - soit effet direct sur une kinase, une phosphatase ou une protéine régulatrice: PKC, ASK1, p21ras, - soit effet indirect par l intermédiaire d un capteur redox: JNK-GST ,

***



213

Régulation redox de cJUN (complexe AP1)

SH

transactivation liaison ADNCys 272

SOH2, SO2H, S-SX

oxydant

SH

Ref1, TRX

LIAISONà l ADN

+

-

+

Réparation des protéines oxydées: Rôles de Ref-1 et de la Thiorédoxine

FT SOx

FT SH

FT SH

FT SOx

Ref-1 SH Ref-1 SOx

Trx SHSHTrx SH

SH

Trx SS

NADP+

NADPH

Trx réductase

ERO

Trx SS



214

Régulation de cJUN par les kinases et les phosphatases

Ser Ser Ser Ser Thr

GSK3, CKII JNK

phosphatase

Liaison ADN transactivation

EROTPA

TPA

Régulation de JNK par le stress oxydant

ComplexeJNK-cJun-GST

PP

JNK

cJun

GST

SS

SS

stress oxydant P

P

Adler et al, 1999, EMBO J, 18: 1321

cJun actif

PP



215

Les théories du vieillissement

vieillissement programmé

théorie métabolique et endocrinienne

théorie mitochondriale

théorie radicalaire

La signification des termes: sur l importance d être constant

théorie « oxydative », « oxydante », « radicalaire » du vieillissement

longévité et vieillissement

agression oxydante et stress oxydant



216

La théorie radicalaire du vieillissement

Proposée par Harman en 1956 (avant la mise en évidencede la pertinence biologique des radicaux libres)

indirectement soutenue par Fridovitch (SOD, 1969)

soutenue par le rôle du stress oxydant dans un grand nombre de pathologies fréquemment liées à l âge

intuitivement satisfaisante

La théorie radicalaire du vieillissement Les premiers arguments

accumulation de biomarqueurs avec l âge: 8-oxo-G, MDA, protéines carbonylées

Les implications biochimiques et génétiques sont compatibles: mutations, agrégation des protéines, AGE

affaiblissement des mécanismes de réparation: protéasome, réparation ADN

argument corrélatif non causal; la valeur des biomarqueurs est discutée

il existe d autres mécanismes aboutissant à ces altérations

implique un autre mécanisme épigénétique : pression oxydante indirecte

Le contre Le Pour



217

La théorie radicalaire du vieillissement arguments plus directs

surexpression de la SOD + catalase chez la drosophile; surexpression de la catalase dans la mitochondrie; association acide lipoïque et acétyl-carnitine

rôle du resvératrol

plusieurs modèles de longévité s accompagnent d une diminution des ROS (p66shc) ou d une amélioration de la résistance aux oxydants

Le Pour Le contre

Oui mais combien d échecs avec les anti-oxydants classiques!

certains antioxydants peuvent se comporter comme des oxydants

et combien de rôles différents du resvératrol!! Sirt1, PGC, AMPK, AhR, …

mauvaise corrélation entre progéria et stress oxydant

La théorie radicalaire du vieillissement Compatibilité avec les autres théories

relations fortes entre théorie mitochondriale et théorie radicalaire

relation entre restriction calorique, métabolisme ralenti et faible pression oxydante

nombreux modèles génétiques s accompagnent de stress oxydant

Le Pour Le contre

activité mitochondriale ne conduit pas nécessairement à des ERO: rôle des UCP

dans certaines espèces, métabolisme fort avec peu d ERO

certains modèles de longévité non corrélés au stress oxydant



218

ERO

SignalisationRespirationStress cellulaires InflammationIrradiation

croissancedéveloppement inflammationadaptation

signal

toxiqueADN/ARNprotéineslipides,sucres

Stress oxydant

PhysiologieDéveloppement

PathologieVieillissement

Stress oxydant et vieillissement: le signal et le toxique Pléiotropie antagoniste?

L évolution privilégie la reproduction et le développement

•Médiateurs dans la signalisation physiologique Faibles doses et compartimentation?

•Cofacteurs de nombreux autres stress Rôle dans les mécanismes d adaptation?

•Cofacteurs de plusieurs processus physiopathologiques Spécificité?Rôle essentiel ou secondaire?



219

Points Importants

•Notion de stress, d adaptation et de toxicité

•Métabolisme de l oxygènes, radicaux libres;mécanismes de détoxication

•Mécanismes de régulation d un facteurs transcriptionnel par stress oxydant (direct sur Cys ou indirect par phosphorylation)

•Effets physiopathologiques et géniques de l hypoxie.Mécanismes de stabilisation de HIF-1 par l hypoxie



220

Documents

DFGSM2 - · PDF fileCours 4 et 5 : Métabolisme de l'azote et physiopathologie - Dr. B. Chadefaux-Vekemans ..... 67 . Cours 6 : Obésités, lipogenèse - Pr. D