Biochimie 2 - Glucides Flashcards
1
Q
Qu’advient-il de l’ATP au cours de son utilisation dans le muscle ?
A
Une de ses deux liaisons riches en énergie (aussi appelée « liaison à haut potentiel énergétique ») est hydrolysée pour fournir de l’énergie.
Sa rupture dégage beaucoup d’énergie qui peut être utilisée pour accomplir une tâche spécifique
AMP~P~P
2
Q
D’où vient l’ATP
A
Il y a peu d’ATP dans les aliments.
Il se retrouve donc seulement dans les cellules et il n’existe aucune réserve d’ATP dans l’organisme, donc un effort ne peut être soutenu que quelques secondes par les réserves d’ATP. Les cellules fabriquent leur propre ATP à partir de la dégradation et de l’oxydation de carburants.
Ce sont ces carburants qui sont emmagasinés dans certaines cellules spécialisées et peuvent être exportés dans le sang pour être convertis en ATP par les cellules ne possédant pas de réserves de carburant.».
3
Q
Mécanismes de régénération de l’ATP des cellules musculaires
A
- Régénération par phosphorylation de l’ADP en ATP à partir d’ADP et de la créatine~phosphate qui possède un groupement phosphate à haut potentiel énergétique.
- Régénération par phosphorylation de l’ADP en ATP uniquement à partir d’ADP au cours d’une réaction qui forme aussi de l’AMP, une molécule qui est capable d’activer la glycolyse. (2+2 = 3+1)
- Phosphorylation (de l’ADP en ATP) par le bias de la «phosphorylation au niveau du substrat» : Ces substrats sont des métabolites énergétiques qu’on ne peut mettre en réserve mais dont l’énergie peut être facilement transférée à l’ADP pour former de l’ATP. Ces métabolites sont formés par les voies métaboliques utilisées pour le catabolisme de carburants comme:
le glucose ou le glycogène (glycolyse et cycle de Krebs)
les acides gras (cycle de Krebs). - Régénération de l’ADP en ATP par la «phosphorylation oxydative» à partir de l’énergie générée lorsque les électrons soustraits de métabolites de la glycolyse et du cycle de Krebs réagissent avec l’oxygène. Cette énergie sert à combiner l’ADP directement au phosphate pour former de l’ATP.
4
Q
Deux fonctions de la créatine kinase dans la cellule musculaire
A
- Production d’ATP
- Mise en réserve de groupements phosphate à haut potentiel énergétique
5
Q
Production d’ATP par la créatine kinase
A
La CK catalyse une réaction physiologiquement réversible. Quand le muscle a épuisé ses maigres réserves d’ATP, il se fie sur certaines réactions biochimiques pour les reconstituer.
Une de ces réactions est catalysée par la CK qui utilise la liaison riche en énergie présente dans la molécule de créatine~phosphate pour reformer la liaison
riche en énergie de l’ATP consommé lors de la contraction musculaire.
Créatine~P + ADP → créatine + ATP (ADP~P)
6
Q
Mise en réserve de groupements phosphate à haut potentiel énergétique par la créatine kinase
A
Au repos, quand l’ATP a été régénéré à partir de l’ADP par les mécanismes biochimiques appropriés, il y a assez d’ATP pour en mettre un peu en réserve sous la forme de créatine~phosphate. C’est encore la CK qui catalyse cette réaction.
Bien que l’équilibre de la réaction favorise la formation d’ATP à partir de créatine phosphate, si la concentration en ATP est assez élevée, la réaction se fait dans l’autre sens (formation de créatine~phosphate).
Créatine~P + ADP ← créatine + ATP (ADP~P)
Cette réaction a lieu dans la mitochondrie.
7
Q
Principaux carburants du muscle cardiaque dans le sang
A
- les acides gras, 70-80% ;
- le glucose, 10-15% ;
- le lactate, 10-15% ;
- des acides aminés mais de façon moins importante.
L’oxydation du lactate n’est réalisable d’une façon importante et utile que dans le coeur et le foie. Les muscles squelettiques n’utilisent que très peu cette source d’énergie
8
Q
Différence entre carburant et ATP
A
Un carburant est dégradé ou oxydé pour former des composés facilement utilisables pour les processus énergivores comme la contraction musculaire, le transport, les voies métaboliques anaboliques…
- libère de l’énergie qui peut être utilisée pour régénérer de l’ATP à partir d’ADP
- ou fournit des électrons qui seront combinés à l’oxygène et à des H+ pour fournir de l’énergie qui sera aussi utilisable pour générer de l’ATP à partir d’ADP par phosphorylation oxydative.
- D’autre part, les carburants sont souvent véhiculés d’un tissu à un autre par voie
sanguine.
9
Q
Trois voies métaboliques du glucose
A
- Glycolyse
- Oxydation du pyruvate en acétyl-CoA
- Cycle de Krebs
10
Q
Substrats/produits glycolyse
A
Glucose
Pyruvate, formation d’ATP et perte d’électrons qui forment en bout de ligne
de l’ATP
11
Q
Substrats/produits oxydation du pyruvate en acétyl-CoA
A
Pyruvate
Acétyl-CoA, CO2, perte d’électrons
12
Q
Substrats/produits cycle de Krebs
A
Acétyl-CoA
CO2, perte d’électrons, production de GTP (l’équivalent de l’ATP)
13
Q
Endroit où se produit la glycolyse
A
Cytosol
14
Q
Trois réactions de la glycolyse
A
Hexokinase
Phosphofructokinase
Pyruvite kinase
15
Q
Hexokinase
A
glucose + ATP → glucose 6-P + ADP
Réaction irréversible
Cette réaction est catalysée dans tous les tissus par une hexokinase. Le foie possède une hexokinase nommée glucokinase qui est une enzyme inductible par l’insuline. Le glucose-6-P ne peut ressortir des cellules, car il ne peut pas traverser les membranes.
16
Q
Phosphofructokinase
A
Fructose-6-P + ATP → Fructose 1,6-bisphosphate + ADP
Réaction irréversible
17
Q
Réactions irréversibles, spécifiques à la glucolyse. Points de contrôle du métabolisme de du glucose par les hormones
A
Hexokinase
Phosphofructokinase
Ces réactions devront être contournées lors de la néoglucogenèse.
18
Q
Pyruvate kinase
A
Phosphoénolpyruvate (PEP) + ADP → Pyruvate + ATP
Cette réaction génère de l’ATP par le mécanisme de phosphorylation au niveau du substrat ; elle est physiologiquement irréversible. On devra la contourner lors de la néoglucogenèse.
19
Q
Expliquez pourquoi la glycolyse produit deux molécules de pyruvate à
partir d’une molécule de glucose.
A
Les molécules de fructose-1,6-bisphosphate apparaissent finalement sous forme de deux molécules de pyruvate
D’une molécule à 6 carbones on génère deux molécules à 3 carbones
20
Q
Deux molécules de triose facilement interconvertibles lors de la glycolyse
A
Dihydroxyacétone phosphate
Glycéraldéhyde-3-phosphate.
Lorsque la concentration en glycéraldéhyde-3-phosphate baisse dans la cellule, il y a automatiquement rééquilibre et formation de glycéraldéhyde-3-phosphate à partir de dihydroxyacétone phosphate.
21
Q
Au cours de la glycolyse, y a-t-il plus d’ATP généré ou d’ATP utilisé?
A
4 ATP directement formés par phosphorylation au niveau du substrat et 2 ATP utilisés (si on fait abstraction des 6 ATP qui seront générés par l’oxydation des 2 NADH à la chaîne respiratoire mitochondriale).
22
Q
La glycolyse est-elle une voie anabolique ou une voie catabolique?
A
Catabolique
Elle génère des composés simples (2 pyruvates) à partir d’un composé plus complexe (glucose) et elle produit de l’énergie (2 ATP net et 2 électrons énergétiques qui
équivalent à 6 ATP.)
23
Q
Coenzyme qui participe à la réaction d’oxydoréduction dans la glycolyse
A
Nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+/NADH).
24
Q
Fonction du NAD+/NADH
A
Transporter des électrons là où ils sont utilisables
La glycolyse comporte une réaction d’oxydation, où il n’y a pas de génération directe d’ATP par phosphorylation au niveau du substrat. Les électrons libérés sont pris en charge par le NAD afin de les acheminer à la mitochondrie.
25
NAD+/NADH est formé à partir de quelle vitamine?
La niacine
26
Lieu de la transformation du pyruvate en acétyl-CoA dans la cellule musculaire
Mitochondrie
27
Coenzymes nécessaires pour la transformation du pyruvate en acétyl-CoA et vitamines dont elles dérivent
NAD+/NADH, Niacine
CoA-SH , Acide pantothénique
FAD , Riboflavine
TPP , Thiamine
Acide lipoïque: n'est pas issu d'une vitamine car l'organisme en synthétise en quantité suffisante
28
Transformation du pyruvate en acétyl-CoA
Pyruvate + NAD+ + CoA-SH → Acétyl~CoA + NADH + H++ CO2
Il s'agit d'une oxydoréduction, d'une décarboxylation et de la formation d'une liaison riche en énergie. Cette particularité de l'acétyl~CoA est mise en évidence dans le schéma par la liaison "~"
Enzyme: pyruvate déshydrogénase( PDH).
29
Dans quelle partie de la cellule s'effectue l'oxydation de l'acétyl-CoA?
Principalement dans la matrice de la mitochondrie mais aussi sur la face interne de la membrane interne.
30
Voie métabolique responsable de l'oxydation complète de l'acétyl-CoA et ses principaux métabolites
Cycle de Krebs
Acétyl~CoA, citrate, alpha-cétoglutarate, succinyl~CoA, fumarate , malate et oxaloacétate.
31
2 fonctions principales du cycle de Krebs
1. Carrefour métabolique des métabolismes des glucides, des lipides et des acides aminés.
2. Voie catabolique avec génération de CO2 et d’intermédiaires énergétiques (NADH, FADH2 et GTP).
32
Formation du citrate
acétyl~CoA + oxaloacétate + H2O → citrate + CoA-SH
Enzyme : Citrate synthase.
Noter la perte de la liaison riche en énergie de l'acétyl~CoA qui favorise la synthèse de citrate, qui rend la réaction irréversible ; par conséquent, la citrate synthase est un point de contrôle du cycle.
33
Synthèse du succinyl~CoA
Noter que les mêmes coenzymes sont utilisées par l’alpha-cétoglutarate déshydrogénase et la pyruvate déshydrogénase.
34
Synthèse d'oxaloacétate
35
Combien de molécules de CO2 sont formées dans la mitochondrie à partir d'une molécule de glucose dans un myocyte bien oxygéné?
6 CO2/glucose puisque chaque molécule de glucose génère 2 molécules de pyruvate (molécule à 3 carbones) et que le pyruvate et ses métabolites subissent trois réactions de décarboxylation (oxydatives) catalysées par la pyruvate déshydrogénase,
36
Fonctionnement de la chaine respiratoire
L'oxydation complète du glucose en CO2 fait intervenir des réactions d’oxydoréduction. Au cours de ces réactions, les coenzymes passent de la forme oxydée à la forme réduite. Comme la quantité de ces coenzymes est très limitée dans les cellules, les coenzymes réduites doivent être réoxydées pour que d’autres molécules de glucose puissent être oxydées (dégradées) à nouveau.
37
Lieu du recyclage des coenzymes dans la cellule
Sur la face interne de la membrane interne de la mitochondrie. La membrane externe est très perméable aux petites molécules
38
Ensemble des structures et des processus biochimiques chargés des réoxydations
La chaine respiratoire
39
Complexes enzymatiques de la chaine respiratoire
Ce sont les complexes I, II, III et IV.
Chaque complexe est un ensemble de protéines, les unes structurales, les autres catalytiques, dont la mission est d’accomplir des réactions d’oxydoréductions et de transporter des électrons.
40
Sites d'entrée des électrons provenant du NADH et du FADH2,
Le NADH produit dans les réactions d’oxydoréduction intramitochondriales utilise le complexe I comme agent oxydant.
Le FADH2 utilise le complexe II comme agent oxydant.
41
Cheminement des électrons jusqu'à l'oxygène dans la chaine respiratoire
Entrée par le NADH : Largage des électrons du NADH au complexe I; échange électronique entre les composants du complexe I qui conduit à la réduction de la coenzyme Q;
Entrée par le FADH2 : Largage des électrons du FADH2 (fournis par le succinate) au complexe II; échange électronique entre les composants du complexe II qui conduit à la réduction de la coenzyme Q
Étapes suivantes (communes aux voies NADH et du FADH2 ) :
Oxydation de la coenzyme Q par la réduction du complexe III et son oxydation subséquente par la réduction du cytochrome c; transport des électrons par le cytochrome c au complexe IV; réduction de l’oxygène au niveau du complexe IV pour former de l’eau.
42
Comment et sous quelle forme est convertie l'énergie provenant de la réoxydation du NADH et du FADH2 dans ce processus?
Sous la forme d'un gradient dit électrochimique car le proton (particule chargée positivement) peut être considéré aussi comme une espèce chimique, l’ion H+.
Le transport des électrons dans la chaîne respiratoire sert à transférer des protons de la matrice vers l’extérieur de la mitochondrie (en réalité dans l’espace intermembranaire, la membrane externe étant facilement franchissable par les protons).
Il y aurait trois complexes capables de “pomper” les protons: les complexes I, III et IV.
Le transfert des protons engendre un gradient électrochimique. Le pH est ainsi différent: il est d’environ sept à l’intérieur des mitochondries et de six à l’extérieur.
La membrane interne se comporte comme l’isolant d’un condensateur car elle est imperméable aux protons.
43
Complexe enzymatique qui forme l'ATP au niveau de la membrane mitochondriale
ATP synthase
Substrats: ADP + Pi
44
D'où provient l'énergie requise pour former l'ATP
L'énergie provient des réactions d’oxydoréduction de la chaîne respiratoire. Ces réactions libèrent de l’énergie qui est utilisée pour transporter (« pomper ») des protons de l'intérieur vers l'extérieur de la mitochondrie.
Les réactions se produisant successivement dans les complexes I, III et IV (voie du NADH) libèrent une énergie permettant de transporter (« pomper ») assez de protons de l'intérieur vers l'extérieur de la mitochondrie pour finalement former 3 ATP.
La réaction d’oxydation du FADH2 au niveau du complexe II ne libère pas suffisamment d'énergie pour forcer des protons à traverser la membrane mitochondriale. Les électrons empruntant la voie passant par les complexes II, III et IV (voie du FADH2) ne formeront finalement que 2 ATP.
45
Sous quelle forme existe l'énergie nécessaire pour former l'ATP
L’énergie existe sous la forme d’un gradient de protons (gradient électrochimique) entre les deux faces de la membrane interne de la mitochondrie.
L’ATP synthase utilise le potentiel ionique car ce complexe enzymatique est la seule structure membranaire qui permet aux protons de l’espace intermembranaire de revenir dans la mitochondrie. L’énergie avec laquelle ces protons reviennent dans la mitochondrie est alors utilisée pour fusionner un phosphate inorganique à une molécule d’ADP (phosphorylation) et ainsi créer une liaison phosphate de haute énergie.
46
Combien d'ATP sont générés lors de la réoxydation d'une molécule de NADH et de FADH2?
NADH: 3ATP
FADH2: 2ATP
47
Quel moyen la cellule utilise-t-elle pour acheminer l'ATP là où il est principalement utilisé?
L'ATP est principalement produit dans la mitochondrie mais il est principalement utilisé dans le cytosol où ont lieu la majorité des synthèses et les autres processus énergivores. Puisque l'ATP est une molécule relativement grosse et chargée, il ne peut traverser la membrane mitochondriale interne. Pour permettre le transport de l'ATP, il faut recourir à la translocase de l'ATP et de l'ADP. Elle permet de façon passive mais spécifique, la sortie de l'ATP et l'entrée de l'ADP.
48
Principaux facteurs qui contrôlent l'activité métabolique de l'oxydation du glucose en CO2 dans la cellule
L'activité des voies métaboliques chargées de l'oxydation du glucose en CO2 dans la cellule varie en fonction de la variation des rapports ATP/ADP et NADH/NAD+.
49
Effet d'une variation du rapport ATP/ADP sur la glycolyse
L'activité de la glycolyse varie en fonction inverse de la variation du rapport ATP/ADP.
Plus le rapport ATP/ADP est élevé, moins il y a d'activité dans la cellule et de demande d'énergie, moins la glycolyse est active.
50
Enzyme dont l'activité est contrôlée par la variation du rapport ATP/ADP
la PFK
51
Métabolites responsables du contrôle de l'activité de la PFK
L'ATP et l'AMP
52
Effet de l'A'TP et l'AMP sur la PFK
Contrôle allostérique.
L'ATP est un modulateur allostérique négatif. Il fait de la rétroinhibition. L'AMP est un modulateur allostérique positif. Il fait de la rétroactivation.
53
Formation de l'AMP et dans quelle situation métabolique sa concentration augmente.
La concentration en AMP augmente lorsque les besoins en ATP augmentent (lorsque la concentration en ATP diminue).
L'utilisation de l'ATP engendre une augmentation de la concentration en ADP, ce qui favorise la génération d'ATP (pour subvenir aux besoins immédiats de la cellule) et d'AMP par la réaction décrite ci-dessous :
ADP + ADP → ATP + AMP
54
Les mécanismes de rétro-inhibition agissent habituellement sur la première enzyme d'une voie métabolique contrôlant par le fait l'utilisation du premier métabolite de la voie. Pourquoi l'inhibition de la glycolyse par un excès d'ATP ne se fait-elle pas au niveau de l'hexokinase, la première enzyme de cette voie métabolique?
Afin de permettre au foie et au muscle de faire leur réserve de glycogène
Il serait contreproductif que la glycolyse soit activée alors que le muscle a tout l'ATP voulu et qu’il n’en consomme pas (repos). Le précieux glucose est, ou bien stocké sous forme de glycogène ou encore utilisé par d'autres tissus.
La formation de glucose 6-P à partir du glucose est une étape indispensable à la synthèse de glycogène. Il faut donc éviter que l'hexokinase soit inactivée par un excès d'ATP.
55
Quel est l'effet d'une augmentation des rapports NADH/NAD+ et ATP/ADP sur l'oxydation du pyruvate en acétyl-CoA et sur le cycle de Krebs?
L’augmentation du rapport de la concentration de ces métabolites est un signal négatif sur l’activité de ces processus métaboliques.
De plus, l’augmentation de NADH et la diminution concomitante de NAD+ affectent les réactions d’oxydoréduction de ces voies métaboliques par le mécanisme appelé «disponibilité de substrat». Ainsi, les réactions qui dépendent de la disponibilité du NAD+ sont affectées telles celles catalysées par la pyruvate déshydrogénase, l’ alpha-cétoglutarate déshydrogénase et la malate déshydrogénase.
En fait, le rapport NADH/NAD+ est, parmi les facteurs qui contrôlent l’activité du cycle de Krebs, celui qui est le plus important.
56
Les rapports NADH/NAD+ et ATP/ADP influencent l'activité de la glycolyse et du cycle de Krebs. Quel en est l'avantage pour la cellule et pour l'organisme?
Une des fonctions principales de ces voies métaboliques est la génération d’énergie.
Puisque dans la cellule “énergie” est habituellement synonyme de “ATP”, il faut que ces voies métaboliques diminuent leur activité quand le niveau d’énergie cellulaire est adéquat. Ceci explique le signal inhibiteur fourni par l’ATP. La cellule et l’organisme peuvent alors utiliser le glucose, un métabolite précieux, à d’autres fins (synthèses de glycogène, d’acides gras).
Dans les cellules, la génération d’ATP et l’oxydation du NADH et du FADH2 sont couplées (activité de l’ATP synthase et chaîne respiratoire). Ainsi, pour une cellule normale, un signal d’augmentation d’ATP peut être envoyé directement par l’ATP ou encore par l’intermédiaire du NADH. Dans les cellules qui se retrouvent dans des conditions normales, s’il y a une concentration suffisante d’ATP, il y a aussi une concentration suffisante de NADH. Donc le message ATP et le message NADH sont équivalents.
57
Dans le muscle squelettique, lorsque la glycémie est élevée et que les rapports ATP/ADP et NADH/NAD+ sont aussi élevés, quel est le sort du glucose?
Il est dirigé vers le glycogène car la glycolyse est diminuée (PFK) de même que la réaction catalysée par la pyruvate déshydrogénase et le cycle de Krebs.
58
Quel est l'effet d'une augmentation du rapport ATP/ADP sur l’activité de l’ATP synthase et la respiration mitochondriale?
Une augmentation du rapport ATP/ADP:
a- diminue l’activité de l’ATP synthase car l'ADP intramitochondrial devient limitant
b- diminue l'activité de la chaîne respiratoire car le gradient de protons s’accroît (du fait de la diminution de l’activité de l’ATP synthase) et ralentit le transport des protons par les complexes II, III et IV de la chaîne
59
Quel est le facteur intracellulaire principalement responsable de l'augmentation du rapport ATP/ADP et quel est son rôle dans ce processus?
ADP.
Sans ADP, il n'y a pas de substrat pour l'ATP synthase. La synthase ne laisse plus entrer les protons qui s'accumulent à l’extérieur de la membrane mitochondriale et bloquent la chaîne respiratoire.
60
Distinguer le contrôle de l’activité métabolique de l’oxydation du glucose dans la cellule cardiaque anoxique en opposition à la cellule cardiaque bien oxygénée.
Au cours de l'angine et surtout lors de l'infarctus du myocarde, le glucose de même que l'oxygène atteignent peu ou pas le myocarde. Dans ces conditions ischémiques, c'est l'apport en oxygène qui est le facteur limitant la contraction cardiaque. De fait, en l’absence d’apport sanguin de glucose, le glucose-6-phosphate est formé à partir du glycogène myocardique.
61
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'activité de la chaine respiratoire
Diminution de son activité suivie d’arrêt.
Les échanges électroniques entre les constituants de la chaîne respiratoire sont arrêtés car l’oxygène, qui est l’accepteur final des électrons provenant de la chaîne, n’est plus disponible.
62
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'activité de l'ATP synthase
Diminution de son activité suivie d’arrêt. L’activité de l’ATP synthase et la chaîne respiratoire forment un ensemble de réactions couplées.
Puisque les électrons ne sont plus échangés dans la chaîne, les complexes qui sont responsables du transport des protons hors de la mitochondrie ne sont plus actifs. En l’absence de gradient, les protons n’ont plus tendance à revenir à l’intérieur de la mitochondrie. Donc, ils n’empruntent plus la voie de l’ATP synthase: il n’y a plus de formation d’ATP par ce mécanisme.
63
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur la concentration du NADH mitochondrial
Augmentation.
Si la chaîne ne fonctionne plus, le NADH ne peut plus être oxydé en NAD+.
64
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'activité du cycle de Krebs
Diminution de son activité suivie d’arrêt.
Les quatre réactions d'oxydoréduction sont affectées par manque de transporteurs d'électrons sous forme oxydée: NAD+ et FAD.
65
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'oxydation du pyruvate dans la mitochondrie
Diminution de son activité suivie d’arrêt.
Bien que les rapports ATP/ADP et acétyl-CoA/CoA-SH soient très bas et que ceci devrait stimuler la réaction, le rapport NADH/NAD+ est énorme.
De plus, une condition essentielle n’est pas respectée: il n’y a pas de NAD+ disponible pour la pyruvate déshydrogénase.
66
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur la concentration d'ATP dans le cytosol?
Diminue, car la principale source d’ATP dans le cytosol est reliée à l’activité de l’ATP synthase dans la mitochondrie.
La concentration de l’ATP dans le cytosol diminue, mais la cellule tente de compenser l’absence de contribution de l’ATP synthase mitochondriale par une augmentation de la glycolyse (voir les questions suivantes).
67
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'activité de la PFK
Augmentée car elle est sensible au rapport ATP/ADP qui est diminué.
68
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'activité de la glycolyse
Augmente pour un certain temps. La concentration de l’inhibiteur ATP (inhibiteur de la PFK) diminue tandis que celle des activateurs comme l’AMP augmente.
Cette voie métabolique devient la seule source d'ATP pour la cellule.
69
Conséquence de l'hypoxie ou de l'activité des molécules de LDH
Augmentée car il y a davantage de substrat disponible. Vu que la quantité d'enzyme est en excès, toute augmentation de la quantité de substrat (pyruvate) engendre une augmentation de la quantité de produit fabriqué, d'où augmentation d'activité qui est définie comme la quantité de produit fabriquée par unité de temps.
70
Conséquence de l'hypoxie ou de l'anoxie sur l'efficacité catalytique des molécules de LDH
Aucun changement car la LDH n'est pas contrôlée.
L'efficacité catalytique n’est qu’un des facteurs qui influent sur l’activité d’une enzyme, comme la PFK.
Par exemple, l'augmentation de l'activité d'une enzyme peut avoir plusieurs explications :
- parce que l'enzyme qui est présente a accès à davantage de substrat,
- parce qu'elle est plus efficace (Vmax augmentée) suite à une modification covalente ou à une modification allostérique,
- parce qu'il y a davantage de molécules d’enzyme (induction), elle n'est donc plus en concentration limitante.
71
Activité de la LDH en condition d'hypoxie ou d'anoxie est supérieure ou inférieure à celle d'un tissu bien oxygéné?
Supérieure
72
Activité de la LDH en condition d'hypoxie ou d'anoxie est due à un changement du nombre de molécules d'enzyme présentes ou à un changement du nombre de molécules de substrat disponibles.
Nombre de molécules de substrat disponibles.
La LDH n'est pas contrôlée dans l’organisme humain.
73
En anaérobiose, le pyruvate est transformé en lactate. Quelles seraient les conséquences si le myocarde ne pouvait pas réaliser cette transformation?
Les "réserves" cytosoliques en NAD+ de la cellule seraient rapidement épuisées. La glycolyse s’arrêterait, tarissant la dernière source d’ATP pour la cellule. La cellule mourrait tout de suite, c'est-à-dire beaucoup plus rapidement que suite à une génération excessive d'acide lactique.
74
Quel est l'effet de l'ischémie sur la concentration en protons des cellules myocardiques et quelle en est la conséquence sur la cellule?
Elle augmente la concentration en protons.
L'acide lactique s'ionise en lactate et en protons. Même s'ils sont petits, les protons ne diffusent pas assez vite (à cause de leur charge) dans le liquide interstitiel et dans le sang, d'autant plus qu'au cours de l'infarctus, la circulation sanguine en très ralentie sinon inexistante. C'est la diminution du pH et non l'augmentation du lactate qui cause le dommage.
La diminution du pH:
- nuit aux réactions métaboliques, spécialement à celle de la PFK car elle abaisse sa Vmax;
- réduit l'activité de l'ATP-ase du muscle;
75
Pourquoi la LDH est-elle essentielle aux érythrocytes?
Sur le plan énergétique, les érythrocytes sont dépendants de la glycolyse car ils n'ont pas de mitochondries, et donc ne possèdent ni chaîne respiratoire ni ATP synthase :
Les érythrocytes transportent de l’oxygène mais ne peuvent pas l’utiliser pour leurs besoins énergétiques propres. La LDH est alors essentielle pour recycler le NADH produit et assurer le fonctionnement continuel de la glycolyse.
76
Pourquoi la grande majorité des tissus en plus du coeur et des érythrocytes ont-ils aussi besoin de LDH?
Pour subvenir aux besoins immédiats en ATP de ces tissus lorsque la quantité d'oxygène qui leur arrive n'est pas suffisante.
La présence de LDH (et d'autres facteurs), permet aux tissus de moduler l'activité de la glycolyse selon leurs besoins (en ATP), indépendamment (pour des périodes courtes mais critiques) de l'apport en oxygène. Les mécanismes de régulation de la respiration et du débit sanguin permettent de répondre à une demande accrue d’oxygène par les tissus mais cette réponse n’est pas instantanée.
77
Au cours de laquelle des transformations métaboliques la celule retire-t-elle le plus d'énergie?
Glycolyse : 10 ATP – 2 ATP = 8 ATP
Oxydation du Pyruvate : 6 ATP
Cycle de Krebs : 24 ATP.
78
Comparez le nombre de molécules d'ATP (ou leur équivalent) produites par molécule de glucose dans le myocarde normal et par molécule de glucose-6-phosphate dans une région ischémique du myocarde.
Glycolyse 8 ATP : 3 ATP
Oxydation du pyruvate 6 ATP : 0 ATP
Cycle de Krebs 24 ATP : 0 ATP
79
Relation entre chaine respiratoire et régénération d'ATP
Le 2,4-dinitrophénol est un découpleur, c'est-à-dire qu'il abolit la régénération d’ATP tout en permettant aux oxydations de la chaîne respiratoire de se poursuivre. Ce composé a déjà été utilisé en clinique pour réduire le poids de patients obèses, mais il a été abandonné à cause d'effets secondaires indésirables.
80
Quels processus métaboliques mitochondriaux sont normalement couplés ?
La chaîne respiratoire et la régénération de l’ATP par l’ATP synthase (phosphorylation oxydative).
Si la chaîne ne fonctionne pas, l’ATP synthase s’arrête (ex. absence d'oxygène).
Si l’ATP synthase s’arrête, la chaîne ne fonctionne plus (ex. absence d'ADP, c'est-à-dire au repos).
81
Comment agit un découpleur?
Le découpleur permet aux protons du cytosol de pénétrer dans la mitochondrie sans emprunter la voie de l'ATP synthase. Il sert de navette à protons car il est soluble à la fois dans un milieu aqueux et dans la membrane, qu'il soit chargé ou non d'un proton.
L'effet du découpleur est de dissocier la chaîne respiratoire de la régénération de l’ATP (via l’ATP synthase). La chaîne respiratoire est extrêmement active mais elle ne réussit plus à générer le gradient de protons et en l’absence de gradient, l’ATP synthase ne fonctionne plus, c’est ce que l’on entend par « découplage».
82
Effets du 2,4-dinitrophénol dans le myocarde bien oxygéné sur la consommation d'oxygène
Augmentation
## Footnote
Les protons reviennent facilement à l’intérieur de la mitochondrie. Leur quantité dans l’espace intermembranaire n’oppose plus de résistance au transport des protons par les complexes de la chaîne respiratoire. La chaîne fonctionne sans opposition et est facilement capable d’apporter une grande quantité d’électrons à l’oxygène.
83
Effets du 2,4-dinitrophénol dans le myocarde bien oxygéné sur la production d'ATP par l'ATP synthase
Diminution.
Les protons, qui devraient emprunter la voie de l’ATP synthase, sont transportés par le dinitrophénol.
84
Effets du 2,4-dinitrophénol dans le myocarde bien oxygéné sur l'oxydation du NADH et du FADH2
Augmentation.
Les échanges électroniques de la chaîne n’ont plus à surmonter le gradient de protons.
85
Effets du 2,4-dinitrophénol dans le myocarde bien oxygéné sur l'activité du cycle de Krebs
Augmentation.
Les rapports ATP/ADP et NADH/NAD+ sont diminués. Le NAD+ est facilement disponible aux oxydoréductases du cycle.
86
Pourquoi est-ce qu'un des effets indésirables de la chaine respiratoire est une forte élévation de la température corporelle?
Le rôle de la glycolyse et du cycle de Krebs est d’extraire l’énergie des métabolites du glucose, entre autres sous forme d’électrons. Le rôle de la chaîne respiratoire est de convertir l’énergie de la réaction entre les électrons et l’oxygène sous forme d’un gradient de protons. Cette conversion n’est pas totalement efficace. On estime à environ 70% l’efficacité de la conversion de l’oxydation du glucose en ATP. Ce n’est pas toute l’énergie des électrons qui est convertie en gradient de protons (ce n’est pas toute l’énergie du gradient qui est convertie en ATP non plus). Le reste de l’énergie est convertie en chaleur. Il y aura d’autant plus de production de chaleur qu’il y aura mouvement des électrons dans la chaîne respiratoire.
87
Dans un organisme normal, quel mécanisme est principalement responsable de générer la chaleur corporelle ?
Dans l'organisme normal c'est aussi la chaîne respiratoire "inefficace" qui génère la chaleur.
88
Conséquences de l'inhibition de la chaine respiratoire (avec sel de cyanure)
Il y a quelques années, on a trouvé des capsules de Tylenol® dont le contenu avait été remplacé par un sel de cyanure. La prise d'un tel “ analgésique ” fut responsable de la mort de quelques individus. Le cyanure inhibe la chaîne respiratoire.
Il agit sur le complexe IV
89
Conséquences de l'inhibition de la chaine respiratoire sur la consommation d'oxygène
Diminution
90
Conséquences de l'inhibition de la chaine respiratoire sur la production d'ATP par l'ATP synthase
Diminution.
Le gradient de protons n’est plus formé, car il n’y a plus de passage d’électrons dans la chaîne. Aucun proton n’est incité à revenir dans la mitochondrie par l’ATP synthase.
91
Conséquences de l'inhibition de la chaine respiratoire sur l'oxydation du ANDH et du FADH2
Diminution.
Ces transporteurs d’électrons ne peuvent plus se débarrasser de leurs “charges”.
92
Conséquences de l'inhibition de la chaine respiratoire sur l'activité du cycle de Krebs
Diminution.
Le NAD+ et le FAD ne sont plus disponibles pour les réactions d’oxydoréduction. Il n’y a que du FADH2 et du NADH.
93
Les conséquences biochimiques d'une inhibition de l'activité des complexes I, II ou III, de la translocase de l'ATP/ADP ou encore de l'ATP synthase seraient-elles différentes de celles engendrées par l'inhibition du complexe IV?
Non. Car l'activité de la chaîne de transport des électrons est couplée à celle de l'ATP synthase qui elle est contrôlée par la disponibilité de l'ADP intramitochondrial.
Revoir l'impact de ces inhibitions sur:
- transport des électrons dans la chaîne: ↓
- utilisation de l'oxygène: ↓
- synthèse intramitochondriale d'ATP: ↓
- synthèse cytosolique d'ATP: ↑
- activité de la glycolyse: ↑
- production de lactate : ↑
- activité de Krebs et de l'oxydation du pyruvate en acétyl-CoA: ↓
94
L’acidose lactique congénitale type Saguenay-Lac-Saint-Jean (Défi Pierre Lavoie)
Bébé hypotonique
Développement moteur plus lent : apprend à marcher difficilement et démarche anormale
Développement intellectuel plus lent
Crises acidotiques (acidose lactique):
Parfois dès la naissance; déclanchées par un «stress» alimentaire, physique, émotionnel, infectieux. Symptômes peu spécifiques : Anorexie, nausées, vomissements, douleurs abdominales, hyperventilation, somnolence. Très dangereuse : l’évolution peut être rapide vers le coma, l’hypotension et le décès.
85 % des enfants atteints meurent avant l’âge de 5 ans.
Cause: Diminution de l’activité de la cytochrome c oxydase (complexe IV) due à la mutation d’un gène mitochondrial codant pour une protéine qui serait impliquée dans la stabilité et le transport de l'ARNm mitochondrial.
Le dysfonctionnement mitochodrial a des conséquences neurologiques et dévelopmentales. L’acidose lactique est due à l’incapacité de la chaîne respiratoire à répondre à une demande d’énergie supplémentaire.
95
Marqueurs biologiques de l'infarctus du mnyocarde
Sous-unité I (ou T) de la troponine cardiaque.
96
Cause de l'augmentation des marqueurs de la troponine cardiaque lors de l'infarctus
Ces marqueurs se retrouvent en concentration très importante dans le myocarde comparativement au sang et qu'il y a eu lésion du myocarde.
Résumé du mécanisme de l'infarctus du myocarde :
Modification d'une plaque d’athérome thrombose occlusion par le thrombus luimême ou par un embole qu'il a généré ischémie hypoxie manque d'énergie pénétration d'ions et d'eau + fabrication de catabolites qui "empoisonnent" les myocytes dérèglements enzymatiques bris membranaires déversement du contenu cellulaire dans l'espace interstitiel transport des constituants cellulaires dans le sang.
97
Après combien de temps peut-on voir l'augmentation significative de la troponine suite à un incident cardiaque?
Après 3h
98
Pourquoi la troponine cardiaque est-elle le marqueur par excellence de l’IM ?
La troponine est une protéine impliquée dans la contraction musculaire. Elle est constituée de trois sous-unités: C, I et T. Bien que la sous-unité C soit la même dans la troponine du coeur et des muscles, les sous-unités T et I de la troponine du myocarde sont différentes de celles du muscle et donc spécifiques du myocarde. Le dosage des troponines cardiaques T ou I constituent un outil majeur dans le diagnostic de l’IM.
En ce qui concerne la CK, elle est présente autant dans le muscle squelettique que dans le myocarde et ne possède donc pas de spécificité cardiaque. Quand le dosage de la troponine cardiaque n’était pas encore possible, on tentait de contourner ce problème de non spécificité en dosant l'isoenzyme MB de la CK (CKMB) qui se trouve en plus grande proportion dans le myocarde que dans le muscle strié. Le dosage des troponines cardiaques a dorénavant détrôné celui de la CKMB.
99
À quoi sert le glucose sanguin dans l'organisme ?
Il est utilisé par les tissus comme carburant
100
Quels sont les tissus qui peuvent utiliser le glucose ?
Tous les tissus peuvent utiliser le glucose à divers degrés.
101
Quels sont les tissus qui dépendent essentiellement du glucose pour leur fonctionnement ?
Le cerveau et les érythrocytes sont les plus remarquables à cause de leur masse et de leur importance physiologique.
Le cerveau est capable d’oxyder les acides gras mais à trop faible échelle pour produire suffisamment d’énergie.
Les érythrocytes n'ont pas de mitochondries, donc, ils ne peuvent oxyder les acides gras.
102
La pénétration du glucose dans les tissus fait appel à des transporteurs spécifiques. L’activité de ces transporteurs est-elle régulée ?
Il existe plusieurs types de transporteur du glucose. Les transporteurs présents dans la plupart des tissus ne sont pas sous contrôle hormonal.
Pour les muscles et le tissu adipeux, les transporteurs spécifiques du glucose sont dépendants de la présence de l’insuline. Pour ces 2 tissus, l’entrée du glucose est donc dépendante de la présence d’insuline.
103
De quel organe provient le glucose sanguin en période post-prandiale et à jeun ?
Du foie dans les 2 cas, mais selon des mécanismes différents :
- En période post-prandiale :
Après hydrolyse intestinale des aliments contenant des groupements glucosyles (amidon, lactose, saccharose, etc), le glucose est transporté par la veine porte jusqu’au foie. L’excès de glucose qui n'a pu être retenu par le foie passe dans la circulation générale (par les veines hépatiques).
- À jeun :
Le glucose est produit par le foie lui-même à partir de ses réserves de glycogène et, lors du jeûne prolongé, à partir des précurseurs de la néoglucogenèse hépatique.
104
Plusieurs tissus sont capables de synthétiser du glycogène. Parmi ceux-ci, quels sont ceux qui en possèdent des réserves importantes ? La structure du glycogène diffère t-elle selon les tissus ?
Les muscles et le foie.
La structure du glycogène hépatique et du glycogène musculaire est identique.
Polymère constitué d'unités glucosyles reliées par des liaisons osidiques -(1 → 4) et quelques liaisons osidiques -(1 → 6). Il y a entre 5000 et 50000 unités glucosyles par molécule de glycogène.
105
Du glycogène hépatique et du glycogène musculaire, quel est celui qui participe au maintien de la glycémie ?
Seul le glycogène hépatique participe au maintien de la glycémie.
Les muscles utilisent leur glycogène comme réserves de carburant d'urgence pour eux-mêmes ; ils ne possèdent pas le matériel enzymatique nécessaire pour exporter le glucose dans le sang.
106
Principaux substrats de la glycolyse hépatique
Glycogène et Pi.
107
Rôle des enzymes impliquées dans la glycogénolyse hépatique
La glycogénolyse consiste en un raccourcissement de la molécule de glycogène par les extrémités de ses branches (et non par le centre comme pourrait le faire l'amylase pancréatique ou l' amylase salivaire) avec production de glucose-1-phosphate par phosphorolyse. Réaction catalysée par la glycogène phosphorylase. La glycogène phosphorylase n’agit que sur les liaisons -(1 → 4) et ne peut donc enlever les ramifications (liaisons -(1 → 6)). Son action s’arrête à quelques unités glucosyles d'une ramification.
Il faut l'action d'une autre enzyme pour éliminer les ramifications: l'enzyme débranchante qui libère une molécule de glucose à chaque élimination d'une ramification [hydrolyse de la liaison -(1 → 6)].
Devenir du glucose-1-phosphate :
Le glucose-1-phosphate s’isomérise en glucose-6-phosphate lors d'une réaction réversible enzymatique. Le glucose-6-phosphate n’est pas dirigé vers la voie de la glycolyse car dans les conditions qui mènent à la glycogénolyse, la glycolyse hépatique est diminuée de beaucoup. Le glucose-6- phosphate est déphosphorylé en glucose par la glucose-6-phosphatase et le glucose, n'étant plus utilisé au foie, s'échappe dans le sang
Devenir du glycogène :
Sous l’action de la glycogène phosphorylase et de l'enzyme débranchante, le glycogène est progressivement raccourci et devient moins ramifié. Dans la vie courante, l’individu s’alimente avant que le glycogène hépatique soit totalement consommé.
108
Enxyme de régulation de la glycogénolyse hépatique
Glycogène phosphorylase
109
En quoi la glycogénolyse musculaire est-elle différente de celle hépatique
Par rapport au foie, la seule différence touche le devenir du glucose-6-phosphate (et du glucose libéré par l’enzyme débranchante). La glycogénolyse musculaire est mise en jeu lors de l’effort intense, pour fournir l’énergie requise. La glycolyse est alors extrêmement active dans la cellule. Le glucose-6-phosphate (et le peu de glucose libre) sont rapidement dirigés vers la glycolyse pour produire de l’ATP. De plus, le muscle ne possède pas de glucose-6-phosphatase et le glucose-6-phosphate ne peut pas sortir de la cellule musculaire.
110
Siège principal de la néoglucogénèse
Foie (les reins aussi en cas de jeûne prolongé (quelques semaines)).
111
À partir de quels composés le glucose est-il formé lors de la néoglucogénèse hépatique
Surtout l'alanine mais aussi d'autres acides aminés (acides aminés glucoformateurs et mixtes, , le lactate et le glycérol. Dans la néoglucogenèse, ces composés sont des précurseurs du glucose.
112
Qu'est-ce qu'un précurseur?
Un précurseur est une substance dont un ou plusieurs carbones servent à la synthèse d'un autre composé.
Il en existe des réserves dans l'organisme.
Les tissus utilisateurs de précurseurs et qui ne possèdent pas eux-mêmes de réserves les reçoivent par le sang.
Les réserves ou les "arrivages" représentent des quantités importantes, contrairement aux intermédiaires (métabolites) des voies métaboliques.
Donc, cette définition discrimine précurseurs et carburants, ces derniers fournissant des électrons ou de l'énergie convertissable en ATP.
113
Lien entre cycle de Krebs et néoglucogénèse hépatique
Plusieurs intermédiaires de la néoglucogenèse sont également des intermédiaires du Cycle de Krebs. : Ainsi l’oxaloacétate est un intermédiaire clé de la néoglucogenèse. Plusieurs réactions enzymatiques sont communes entre les 2 voies. De fait, le cycle de Krebs est un carrefour de plusieurs voies métaboliques certaines cataboliques, d'autres anaboliques.
114
Voies cataboliques qui se terminent ou qui issuent du cycle de Krebs
- glycolyse
- -oxydation
- dégradation d'acides aminés essentiels et non essentiels
115
Voies anaboliques qui se terminent ou issues du cycle de Krebs
- lipogenèse
- néoglucogenèse
- synthèse d'acides aminés non essentiels
116
Pourquoi est-ce que la néoglucogénèse n'est pas exactement la glycolyse à l'envers?
Dans la glycolyse, il y a trois réactions irréversibles catalysées par des enzymes spécifiques de la glycolyse.
Dans la néoglucogenèse, il y en a quatre.
Ces réactions irréversibles permettent de pousser les métabolites dans un sens particulier, ce qui empêche le retour en arrière
117
Lien entre réaction irréversibles de néoglucogénèse et glycolyse
Glucose-6-phosphatase (G-6-P + H2O glucose + Pi)
Glucokinase (glucose + ATP G-6-P + ADP)
Glucose / G-6-P
Fructose-1,6-bisphosphatase (F-1,6-bisP + H2O F-6-P + Pi)
Phosphofructokinase (F-6-P + ATP ADP + F-1,6-bisP)
F-6P / F-1,6-bisP
Pyruvate carboxylase (Pyruvate + CO2 + ATP ADP + Pi + oxaloacétate)
Et
Oxaloacétate + GTP GDP + CO2 + PEP
Pyruvate kinase (PEP + ADP Pyruvate + ATP)
PEP / Pyruvate
118
D'où provient l'énergie nécessaire pour la néoglucogénèse
L’énergie provient des acides gras (ß-oxydation). Il s’agit d’une voie mitochondriale qui catabolise les acides gras en acétyl-CoA et libère du NADH et du FADH2 dont l’oxydation dans la chaîne respiratoire régénère de l’ATP.
119
Conséquences de la production d'énergie pour la néoglucogénèse sur l'hépatocyte
L'augmentation d'acétyl-CoA et d’ATP dans la mitochondrie favorise que le pyruvate (provenant de précurseurs comme l’alanine ou le lactate) se dirige vers la néoglucogenèse plutôt que vers le cycle de Krebs. En effet, l’acétyl-CoA
- inhibe la pyruvate déshydrogénase, ce qui empêche le pyruvate d’être transformé en acétyl-CoA,
- et stimule la pyruvate carboxylase qui catalyse la carboxylation du pyruvate en oxaloacétate.
L’ATP de son côté inhibe la citrate synthase et empêche la transformation de l’oxaloacétate en citrate. L’oxaloacétate peut alors être exporté de la mitochondrie pour suivre la voie de la néoglucogenèse.
120
Par quels signaux l’organisme favorise la néoglucogenèse ou la glycolyse ?
La sécrétion d’insuline et de glucagon par le pancréas est régulée par la glycémie.
À jeun, la glycémie est basse d’où un rapport I/G bas ; En période post-prandiale, la glycémie s’élève et le rapport I/G s’élève aussi.
Dans le foie le rapport I/G agit sur la glycolyse et la néoglucogenèse via les enzymes clé de la glycolyse (glucokinase, PFK et pyruvate kinase) et de la néoglucogenèse (pyruvate carboxylase, PEPCK, fructose-1,6-bisphosphatase et glucose-6- phosphatase). Si le rapport I/G est élevé, la glycolyse est favorisée et la néoglucogenèse réduite. À l’inverse, un rapport I/G bas réduit la glycolyse et stimule la néoglucogenèse.
De plus les conditions hormonales favorisant la néoglucogenèse favorisent aussi la libération d’acides gras par les tissus adipeux et ces acides gras sont métabolisés par ß-oxydation d’où production d’ATP et diminution de l’AMP, ce qui inhibe la PFK.
121
Substrats, intermédiaires et produits finaux de la glycogénèse hépatique
Substrats: Glucose, Résidu de glycogène, ATP et UTP
Intermédiaires (métabolites) principaux: Glucose-6-phosphate, Glucose-1-phosphate, UDP-glucose, Glycogène plus allongé par formation de liaisons osidiques (14) et ramifié par l'introduction de liaisons (16).
Produits finaux: Glycogène allongé et ramifié, UDP, ADP et PPi
122
Enzyme de régulation de la glycogénogenèse hépatique
Glycogène synthase
Modification covalente
Augmentation du rapport insuline/glucagon
123
Par quel mécanisme le glucagon agit-il à la fois sur la synthèse et la dégradation du glycogène ?
Rapport I/G élevé : Glycogénogenèse activée, glycogénolyse inhibée
Rapport I/G bas: Glycogénogenèse inhibée, glycogénolyse activée
Dans le cas de l’effet sur le métabolisme du glycogène, l’élément majeur du rapport I/G est le glucagon.
Son mécanisme d’action est dans ce cas, la modification covalente.
Cet ensemble de réactions décrit l’action du glucagon au foie ; l’action de l’adrénaline au foie et au muscle suit le même modèle.
Interaction du glucagon sur son récepteur spécifique membranaire activation de quelques molécules d’adénylate cyclase production de plusieurs molécules d’AMPc à partir d’ATP activation d’un nombre important de molécules d’une protéine-kinase qui est influencée par l’AMPc et qui sont inactives sans AMPc phosphorylation d’un très grand nombre de protéines cellulaires.
NB : Ne pas confondre AMP et AMPc.
Parmi les protéines cellulaires qui deviennent phosphorylées, se retrouvent la glycogène phosphorylase et la glycogène synthase. Suite à leurs phosphorylations respectives, ces deux enzymes changent de forme et d’activité. La glycogène synthase-phosphorylée est inactive et la glycogène phosphorylase-phosphorylée est active.
NB : En général, les enzymes impliquées dans une voie catabolique sont activées par phosphorylation, tandis que celles des voies anaboliques sont inactivées.
124
En quoi la glycogénogenèse hépatique et la glycogénogenèse musculaire diffèrent-elles ?
Dans le muscle et le foie, les réactions enzymatiques, substrats et produits de la glycogénogenèse sont identiques. Les différences se situent au niveau des mécanismes de régulation. Ceci s’explique par le fait que le glycogène musculaire n’est pas utilisé pour le maintien de la glycémie comme le glycogène hépatique : il ne sert qu’aux besoins propres du muscle. Le muscle reconstitue ses réserves de glycogène quand il est au repos et quand les conditions métaboliques de l’organisme sont favorables.
125
Hormone nécessaire à l'entrée du glucose dans les muscles et tissus adipeux
Insuline
126
Conditions physiologiques nécessaires pour que s’enclenche la glycogénogenèse musculaire.
Le muscle doit être au repos
Le rapport I/G doit être élevé, comme pour le foie, mais l’effet du rapport I/G au muscle est dû à l’insuline et non au glucagon comme c’est le cas au foie. Le muscle n’a pas de récepteur à glucagon et donc cette hormone n’a aucun effet sur les enzymes musculaires. L’effet principal de l’insuline au muscle est d’augmenter l’entrée du glucose dans la cellule. Elle augmente aussi l’activité de la glycogène synthase musculaire.
127
Quel carburant est utilisé préférentiellement par le muscle lorsqu'il est au repos ou lorsqu'il est soumis à un effort léger ?
Acides gras
128
Voie métabolique utilisée par le muscle pour générer de l'énergie ß-oxydationet de nombreuses molécules d'acétyl-CoA à partir de ce carburant.
ß-oxydation
129
Pourquoi la glycolyse est-elle si peu active dans ces conditions (muscle au repos)
La glycolyse est bloquée au niveau de la PFK car le rapport ATP/AMP est élevé : la ß-oxydation produit de l’ATP et celui-ci est peu consommé puisque l’activité musculaire est faible ou nulle.
130
Comment l'ATP est-il généré dans cette condition (muscle squelettique soumis à un effort intense)
Tous les moyens possibles sont utilisés pour régénérer l’ATP.
131
Quel est le principal carburant et quels sont les deux principaux facteurs qui déclenchent l'utilisation de ce carburant? (muscle squelettique soumis à un effort intense)
Glycogène
Stimulation nerveuse et adrénaline
Les myocytes ont des récepteurs à l’adrénaline dont l’activation déclenche par l’intermédiaire de l’AMPc une cascade de réactions de phosphorylation semblable à celle du glucagon dans le foie.
132
Quels sont les facteurs qui expliquent une augmentation très importante de l'activité de la glycolyse ?
Dans le muscle à l'effort, le G-6-P généré par la glycogénolyse, emprunte la glycolyse contrairement à ce qui a lieu au foie. Ceci est le résultat de deux facteurs: l'absence de G-6-phosphatase au muscle et l'activation de la PFK (activé par une augmentation d’AMP et par la diminution d’ATP). Quand la glycogénolyse est active au foie, la PFK est inhibée par un rapport insuline/glucagon diminué et par un ATP augmenté (ß -oxydation). La glycolyse au muscle ne répond essentiellement qu'à des modulateurs allostériques : L’adrénaline n’a pas d’effet direct sur la glycolyse musculaire.
133
Un effort intense ne peut être maintenu normalement que pour environ 20 secondes. Cette limite est-elle due à l'épuisement des réserves de glycogène musculaire ?
Non. Elle est due à la baisse du pH dans les cellules elle-même due à l’accumulation de lactate.
Mécanisme :
L’augmentation importante de la glycolyse déverse dans le cytosol de nombreuses molécules de pyruvate qui ne peuvent pas toutes pénétrer dans la mitochondrie et y être transformées en acétyl-coA et suivre le cycle de Krebs.
De même, il y a une accumulation cytosolique de NADH car il ne peut être recyclé assez rapidement par la chaîne de transport des électrons dans la mitochondrie. Pourtant, la chaîne respiratoire fonctionne au maximum et du fait de la vasodilatation et de l’augmentation de la fréquence cardiaque, l’apport d'oxygène est accru.
Pour que la glycolyse puisse continuer dans le cytosol, il est nécessaire de recycler le NADH en NAD+ ; c’est ce que permet la réduction du pyruvate en lactate catalysée par la LDH.
Ce phénomène rappelle les modifications métaboliques dues à l’ischémie rencontrée
dans l’infarctus du myocarde.
134
Métabolisme énergétique musculaire selon le degré d’effort musculaire et selon la présence ou non d’oxygène: Glycogénolyse
Repos -
Effort intense +++
Ischémie ++++
135
Métabolisme énergétique musculaire selon le degré d’effort musculaire et selon la présence ou non d’oxygène: Glycogénogénèse
Repos: + (au besoin)
Effort intense: -
Ischémie: -
136
Métabolisme énergétique musculaire selon le degré d’effort musculaire et selon la présence ou non d’oxygène: Glycolyse
Repos: +/-
Effort intense: +++
Ischémie: ++++
137
Métabolisme énergétique musculaire selon le degré d’effort musculaire et selon la présence ou non d’oxygène: Réduction pyruvate en lactate
Repos: -
Effort intense: +++
Ischémie: ++++
138
Métabolisme énergétique musculaire selon le degré d’effort musculaire et selon la présence ou non d’oxygène: Cycle de Krebs
Repos: +
Effort intense: ++
Ischémie: -
139
Métabolisme énergétique musculaire selon le degré d’effort musculaire et selon la présence ou non d’oxygène: Phosphorylation oxydative
Repos: +
Effort intense: ++
Ischémie: -
