Biochimie 2 - Glucides Flashcards
Qu’advient-il de l’ATP au cours de son utilisation dans le muscle ?
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
D’où vient l’ATP
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.».
Mécanismes de régénération de l’ATP des cellules musculaires
- 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.
Deux fonctions de la créatine kinase dans la cellule musculaire
- Production d’ATP
- Mise en réserve de groupements phosphate à haut potentiel énergétique
Production d’ATP par la créatine kinase
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)
Mise en réserve de groupements phosphate à haut potentiel énergétique par la créatine kinase
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.
Principaux carburants du muscle cardiaque dans le sang
- 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
Différence entre carburant et ATP
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.
Trois voies métaboliques du glucose
- Glycolyse
- Oxydation du pyruvate en acétyl-CoA
- Cycle de Krebs
Substrats/produits glycolyse
Glucose
Pyruvate, formation d’ATP et perte d’électrons qui forment en bout de ligne
de l’ATP
Substrats/produits oxydation du pyruvate en acétyl-CoA
Pyruvate
Acétyl-CoA, CO2, perte d’électrons
Substrats/produits cycle de Krebs
Acétyl-CoA
CO2, perte d’électrons, production de GTP (l’équivalent de l’ATP)
Endroit où se produit la glycolyse
Cytosol
Trois réactions de la glycolyse
Hexokinase
Phosphofructokinase
Pyruvite kinase
Hexokinase
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.
Phosphofructokinase
Fructose-6-P + ATP → Fructose 1,6-bisphosphate + ADP
Réaction irréversible
Réactions irréversibles, spécifiques à la glucolyse. Points de contrôle du métabolisme de du glucose par les hormones
Hexokinase
Phosphofructokinase
Ces réactions devront être contournées lors de la néoglucogenèse.
Pyruvate kinase
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.
Expliquez pourquoi la glycolyse produit deux molécules de pyruvate à
partir d’une molécule de glucose.
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
Deux molécules de triose facilement interconvertibles lors de la glycolyse
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.
Au cours de la glycolyse, y a-t-il plus d’ATP généré ou d’ATP utilisé?
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).
La glycolyse est-elle une voie anabolique ou une voie catabolique?
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.)
Coenzyme qui participe à la réaction d’oxydoréduction dans la glycolyse
Nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+/NADH).
Fonction du NAD+/NADH
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.
NAD+/NADH est formé à partir de quelle vitamine?
La niacine
Lieu de la transformation du pyruvate en acétyl-CoA dans la cellule musculaire
Mitochondrie
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
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).
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.
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.
2 fonctions principales du cycle de Krebs
- Carrefour métabolique des métabolismes des glucides, des lipides et des acides aminés.
- Voie catabolique avec génération de CO2 et d’intermédiaires énergétiques (NADH, FADH2 et GTP).
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.
Synthèse du succinyl~CoA
Noter que les mêmes coenzymes sont utilisées par l’alpha-cétoglutarate déshydrogénase et la pyruvate déshydrogénase.
Synthèse d’oxaloacétate
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,
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.
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
Ensemble des structures et des processus biochimiques chargés des réoxydations
La chaine respiratoire
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.
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.
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.
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.
Complexe enzymatique qui forme l’ATP au niveau de la membrane mitochondriale
ATP synthase
Substrats: ADP + Pi
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.
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.
Combien d’ATP sont générés lors de la réoxydation d’une molécule de NADH et de FADH2?
NADH: 3ATP
FADH2: 2ATP
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.
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+.
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.
Enzyme dont l’activité est contrôlée par la variation du rapport ATP/ADP
la PFK
Métabolites responsables du contrôle de l’activité de la PFK
L’ATP et l’AMP
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.
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
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.
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.
