Biochimie mtabolique 2014-2015

Guide des tudes

Biochimie mtabolique: premier semestre, 7 crdits

Bibliographie recommande:

Biochimie - Lubert Stryer, 7me

dition, W. H. Freeman, 2010

Lippincott's Illustrated Reviews:

Biochemistry - Denise R. Ferrier,

Lippincott Williams Wilkins, 2013

Biochimie Mtabolique - Cristina

Drugan, Ileana Olteanu, Ed. Iuliu

Haieganu, 2014

Objectif: acquisition des notions essentielles sur le mtabolisme (nergtique et des nutriments).

Examen de biochimie

Conditions prliminaires:

Prsence aux travaux pratiques (100%) ou rattrapage ( payement) de

maximum 4 absences

Examen: 2 questionnaires choix multiples (thorique et pratique)

Calcul de la note finale:

Examen thorique: 70% - liminatoire

Examen pratique: 20% - liminatoire

Moyenne des sminaires: 10%.

A rviser... Examen thorique

Dfinition, rle, conditions dactivation, objectifs, particularits, rgulation,

action des enzymes-cl, bilan nergtique, anomalies des voies mtaboliques

Applications mdicales: maladies mtaboliques, principes du traitement

Examen pratique

Dfinition et principe des techniques, intervalles de rfrence des paramtres

biologiques

Applications: interprtation des rsultats des analyses de laboratoire.

Introduction la Biochimie Mtabolique

Metabolos (grec) = changement

Biochimie mtabolique

Mtabolisme: ensemble des ractions chimiques ayant lieu dans le vivant

Biochimie mtabolique: ractions chimiques survie et reproduction des organismes.

Particularits de la vie

Diversit biologique: bactries, insectes, arbres, oiseaux, humains

Unit fondamentale: mmes lois physiques et chimiques

Ncessits:

nergie (recueil, transformation, utilisation)

Biomolcules (conversion, polymrisation, dgradation)

Ractions chimiques (synthse, dgradation, rplication).

Mtabolisme nergtique

Mtabolisme nergtique: recueil et transformation de lnergie du milieu en nergie chimique

Taux mtabolique basal maintien des fonctions vitales et de lhomostasie interne.

ENERGIE solaire ou chimique

ENERGIE disponible

Importance du mtabolisme

Ractions du mtabolisme fonctions biologiques:

Recueil de lnergie du milieu

Thermogense

Renouvellement des biomolcules

Gnration des signaux

Neutralisation et limination des produits toxiques /inutiles.

Anabolisme et catabolisme

Anabolisme: ractions de synthse dpense dnergie

Catabolisme: ractions de dgradation nergie chimique, chaleur.

Carburants et rserves nergtiques

Nutriments utiliss comme carburants

Glucides: amidon, saccharose, lactose, fructose, glucose, cellulose (4,5 kcal/g)

Protines (4,5 kcal/g)

Lipides: triglycrides, phospholipides, acides gras, cholestrol (9 kcal/g)

Alcool (7 kcal/g)

Rserves nergtiques nergie pendant les priodes de jene

Glycogne (polymre de glucose)

Triglycrides: les plus importantes rserves nergtiques

Protines: utilises en cas de jene prolong.

Nutrition quilibre

55% de lnergie des aliments doit provenir des glucides, 30% des lipides et 15% doit driver des protines.

Indice de masse corporelle

Alimentation ncessits poids normal

IMC = poids (kg)/taille (m2)

Valeurs normales: 20-25; surpoids: 25-30; obsit: > 30.

Etapes du catabolisme des nutriments

Etape intestinale

Mtabolisme intermdiaire

Etape mitochondriale

Equilibre nutritionnel et contrle mtabolique

Priodes alimentaires

Digestion et absorption des nutriments

Synthse des biomolcules

Synthse des rserves

[insuline] / [glucagon]

Priodes de jene

Dgradation des rserves

Synthse des carburants

[insuline] / [glucagon]

Insuline et glucagon: principales hormones rgulatrices du mtabolisme.

Action de linsuline et du glucagon Insuline (priodes alimentaires)

Hormone hypoglycmiante

Rgulateur du mtabolisme lipidique

Rgulateur du mtabolisme des acides amins

Glucagon (priodes de jene)

Hormone hyperglycmiante

Activateur de la ctogense.

Particularits tissulaires

Foie

Dgradation des glucides, synthse du glucose et du glycogne

Synthse des pentoses-phosphates et des corps ctoniques

Synthse des lipides, des acides biliaires, des nuclotides

Urogense

Muscle

Mtabolisme arobie (repos ou contraction de courte dure); mtabolisme anarobie (effort prolong)

Muscle squelettique: stockage des protines de rserve

Myocarde: utilisation prfrentielle des corps ctoniques

Rein: limination des produits toxiques, synthse du glucose

Tissu adipeux: mtabolisme des triglycrides, synthse des hormones

Hmaties: dgradation anarobie du glucose

Cerveau: jene prolong utilisation des corps ctoniques.

Voies et carrefours mtaboliques

Voie mtabolique: unit de synthse ou de dgradation dun compos

Srie de ractions catalyses par des enzymes diverses

Carrefour mtabolique: intermdiaires voies diffrentes

Substrat initial: carrefour mtabolique ou nutriment

Produit final: carrefour mtabolique ou produit scrt.

Enzymes-cl Enzymes-cl rgulation des voies mtaboliques

Proprits:

Premires enzymes des voies mtaboliques

Catalyse des ractions les plus lentes, irrversibles

Enzymes allostriques contrles par de nombreux effecteurs.

Rgulation des enzymes-cl

Rgulation neuroendocrine:

Contrle de lexpression du gne

Rgulation allostrique

Modification covalente

Interaction avec les protines rgulatrices.

Principes de la rgulation mtabolique

Intervention des hormones et de leurs messagers intracellulaires:

Rgulation des tapes dengagement des substrats

Les voies de synthse sont contrles par rtro-inhibition (feed-back)

Les voies de dtoxication sont actives par les substrats (feed-forward)

Les voies de production dnergie sont contrles par les ncessits tissulaires

Isoenzymes rgulation spcifique

Compartimentation contrle de laccs des substrats et des signaux aux enzymes rgulatrices.

Energie dactivation

Energie dactivation passage ltat de transition

Enzymes: diminution de lnergie dactivation

Chaleur libre dans le milieu: nergie dactivation plus la chaleur de la raction.

Ractions couples

Raction exergonique: libration dnergie dans le milieu

Raction endergonique: consommation dnergie

Une mme enzyme peut catalyser les deux ractions:

A + B Y + Z + E.

Ractions couples

Raction exergonique

Raction endergonique

Exemple de raction couple

Liaisons riches en nergie

Hydrolyse des molcules riches en nergie: raction exergonique

Exemples

Nuclotides ATP, GTP, UTP, CTP

Coenzyme A et drivs

Phospho-cratine

Phospho-enolpyruvate

Liaisons riches en nergie: lhydrolyse libre > 31 kJ/mol (~)

Exemples: liaisons phospho-anhydrides, anhydrides mixtes, liaisons phosphoamides, phosphonol, thioester.

Molcules riches en nergie

Cycle ATP ADP

Cycle ATP-ADP: rgnration de lATP, paralllement son utilisation (ATP ADP + Pi)

Rgnration de lATP (ADP + P ATP)

1. Phosphorylation oxydante mitochondriale

2. Phosphorylation au niveau du substrat.

Hydrolyse de lATP

Hydrolyse de la liaison entre le 2me et le 3me phosphate 31 kJ/mol

Hydrolyse de la liaison entre le 1er et le 2me phosphate 42 kJ/mol.

Utilisation de lATP

Donneur dnergie:

nergie mcanique contraction musculaire, mouvement molculaire

nergie osmotique changes Na+/K+ transmembranaires

nergie chimique synthses (ADN, protines, triglycrides, glycogne)

nergie calorique temprature constante

nergie lectrique influx nerveux

Donneur dlments structurels:

Donneur de phosphate phosphorylation

Donneur de pyrophosphate activation de la vitamine B1

Donneur dAMP activation des acides gras, des acides amins

Donneur dadnosine coenzymes adnosyl-cobalamine, SAM.

Hydrolyse du GTP

Hydrolyse du GTP: mme quantit dnergie que celle issue de lATP

GTP GDP + Pi

GTP GMP + PP

Donneur dlments structurels: phosphate (synthse du glucose), GMP (mtabolisme des glucides), GDP (activation des acides gras).

Anomalies mtaboliques

1. Erreurs innes du mtabolisme: blocage dune voie mtabolique

Arrt total de la voie mtabolique

Accumulation du substrat

Absence du produit final

Activation des voies mtaboliques secondaires

Signes cliniques multi-systmiques

2. Maladies mtaboliques multifactorielles: interaction entre les facteurs de lenvironnement et les prdispositions innes

3. Maladies mtaboliques secondaires: dues lhypoxie, les intoxications, les maladies hpatiques, rnales, pancratiques

4. Syndromes mtaboliques: anomalies qui peuvent avoir plusieurs causes.