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Lipides. Métabolisme - أيض الدهنيات

Sur l'aspect quantitatif, le métabolisme des lipides (أيض الدهنيات) de réserve (triglycérides) revêt plus d'intérêt. Sous l'influence des lipases, abondantes dand les tissus adipeux et les graines oléagineuses, les triglycérides sont hydrolysés en acides gras et en glycérol.


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Arabic lexique

Métabolisme des lipides, acides gras
Lipid metabolism, fatty acids
أيض (استقلاب) الدهنيات، أحماض دهنية

Le glycérol résultant de l'hydrolyse des triglycérides peut rejoindre le métabolisme glucidique ou subir une phosphorylation (en présence de l'ATP) par une glycérokinase pour être réutilisé dans la synthèse des lipides.

Le métabolisme des lipides est lié à celui des glucides. Lorsque ce dernier est perturbé, le métabolisme des lipides est dévié (voir cétogenèse). La biosynthèse des acides gras se déroule dans le cytoplasme, tandis que leur catabolisme prend lieu dans la mitochondrie.

Métabolisme des lipides

Catabolisme des acides gras

Le catabolisme des acides gras a été élucidé par des expériences de marquage d'éléménts. Ainsi Lynen a découvert le mécanisme du catabolisme des acides gras dit 'béta oxydation' qui consiste à la scission deux par deux atomes de carbone d'un acide gras en commençant par la partie carboxyle.

Lipides. Oxydation des acides gras

Le catabolisme des acides gras se déroule dans les mitochondries (contrairement à leur biosynthèse, se déroulant dans le cytoplasme). Leur transport du cytoplasme s'effectue sous forme combinée (comme ester de carnitine, par exemple).

1/ Activation des acides gras au niveau de la membrane mitochondriale externe

Après leur libération par lipolyse dans le cytoplasme, Le catabolisme des acides gras est réalisé dans les mitochondries, sur leurs formes métaboliques actives, les acyl-coenzyme A. L'activation des acides gras se déroule en deux phases; 1/ Formation des acyls CoA et 2/ Transfert des acyls CoA du cytoplasme vers la matrice de la mitochondrie.

- Formation de l'Acyl-CoA: catalysée par une thiokinase, l'acyl-CoA synthétase au niveau de la membrane mitochondriale externe.

R-COOH + ATP + HSCoA <----> R-CO-SCoA + AMP + PP (enzyme: thiokinase)

L’activation est effectuée dans la membrane mitochondriale externe. Leur dégradation (oxydation) se déroule dans la matrice mitochondriale (voir schéma).

- Transfert de l'acyl CoA dans la mitochondrie

Les acyls CoA à chaîne courte pénétrent facilement dans la matrice mitochondriale. La membrane mitochondriale interne est imperméable aux acyls Co à chaînes longues (12 C-18C). Les groupements acyls traversent cette membrane sous forme d'acyl-carnitine.

2/ Béta oxydation des acides gras au niveau de la matrice mitochondriale

Dans la matrice, la scission d'un chaînon dicarboné à partir de l'extrémité carboxylique de l'acyl CoA est réalisée en 4 étapes: 1/ Déshydrogénation des carbones alpha et béta (oxydation par FAD), 2/ Addition d'une molécule d'eau (hydratation), 3/ Deuxième déshydrogénation (oxydation par NAD) et 4/ Thiolyse (coupure par CoA). Cette dernière conduit à un acyl CoA à (n-2) carbones et libération d'un acétyl-CoA..

Acides gras. béta-Oxydation

Remarque: les étapes 1, 2 et 3 sont très similaires à celles du cycle de Krebs allant du succinate à l’oxaloacétate (Succinate -> Fumarate -> Malate -> Oxaloacétate).

Les acétyl-CoA produits par l’oxydation des acides gras entrent dans le cycle de Krebs. Les FADH2 et les NADH produits sont oxydés par la chaîne mitochondriale de transport des électrons pour permettre la production d’ATP.



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3/ Hélice de Lynen

Chaque tour de spire de l'hélice conduit à la perte d'un acétyl-CoA et de 4 atomes d'hydrogène.

Bilan de la béta oxydation:le bilan de la béta oxydation de l'acide palmitique est:

Acide palmitique + ATP + 8 HSCoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 8 H2O --> 8 CH3CO-SCoA + AMP + 2 Pi + 7 FADH2 + 7 NADH, H+

Bilan énergétique pour l'acide palmitique:

Activation de l'acide gras: - 2ATP

- Réoxydation de 7 FADH2 par la chaîne respiratoire: 7x 2 = 14 ATP
- Réoxydation de 7 NADH, H+ par la chaîne respiratoire: 7x 3 = 21 ATP
- Oxydation de 8 CH3-CO-SCoA par la Cycle de Krebs: 8x 12 = 96 ATP*

Bilan énergétique: (14 + 21 + 96) - 2 = 129 ATP libérées par oxydation d'une molécule d'acide palmitique.

* L'oxydation d'une molécule d'acétyl-CoA par le cycle de Krebs donne 1 ATP + 3 NADH + 1 FADH2.

Formation des corps cétoniques (cétogenèse)

Le catabolisme des lipides (béta-oxydation) ne peut s'effectuer normalement que s'il coexiste avec le catabolisme des glucides. C'est pour cela on dit 'les lipides brulent au feu des glucides' تحترق الدهنيات بنار السكريات . En absence de glucides (en cas de diabète et jeûne), l'Acétyl-CoA, utilisé en priorité par le cycle de Krebs (respiration mitochondriale), ne peut malheureusement pas pénétrer dans le cycle de Krebs, à cause du manque d’acide oxaloacétique converti en glucose pour le cerveau (par la voie de la néoglucogenèse, voir schéma). L'acétyl-CoA s'accumule et donne des coprs cétoniques, comme l'acide acétoacétique, l'acide béta hydroxybutyrique et l'acétone. Le premier corps cétonique formé est l'acéto-acétate. Il est obtenu par condensation de deux acétyl-CoA, suite à trois réactions enzymatiques. Les deux autres corps cétoniques sont obtenus à partir de l'acéto-acétate, grâce à l'activité de deux enzymes distinctes. L'acide béta-Hydroxybutyrique est formé par reduction grâce a une enzyme à NAD+. L'acétone est formée par décarboxylation de l’acétoacétate. les molécules d’Acétyl CoA accumulées en corps cétoniques, sont libérées dans le sang et utilisées à des fins énergétiques par d’autres tissus. Les corps cétoniques sanguins sont captés par les cellules dans lesquelles le cycle de Krebs fonctionne à plein régime, comme les cellules du cœur. Ces corps subissent alors la respiration cellulaire. En cas d’excès important dans le sang, les corps cétoniques deviennent toxiques. Ils sont excrétés dans les urines ou dans l’air au niveau des poumons où ils provoquent une halitose (mauvaise haleine due à l'accumulation d'acétone dans l'air expiré (odeur proche de celle de la pomme).

cétogenèse et nuoglucogenèse

------> Voir TP S4 sur la Glucose 6 phosphatase et la néoglucogenèse

Régulation de la cétogenèse

La cétogenèse est régulée par des facteurs métaboliques et des facteurs hormonaux.

- Facteurs métaboliques de la régulation de la cétogenèse

La cétogenèse est augmentée lorsqu’il y’a une diminution de l’utilisation des glucides avec augmentation de celle des acides gras

A- Utilisation exagérée des acides gras libre : l’augmentation des acides gras au niveau du foie favorise la cétogenèse par:

1/ Modification du potentiel d’oxydo-réduction. Ainsi, l’augmentation de la teneur en NADH avec augmentation du rapport NADH/NAD, conduit à une diminution de l'activité des réactions catalysées par les enzymes NAD dépendantes, en particulier celles de la formation de l’Oxaloacétate à partir du Malate. Ce qui empêche l’Acétyl CoA d’entrer dans le cycle de Krebs.
2/ Inhibitions enzymatiques directes :
- La citrate synthétase empêche la fixation de l’Acétyl CoA sur l’Oxaloacétate. La diminution du citrate diminue la sortie des acyétyl-CoA de la mitochondrie, ce qui limite la lipogenèse. Ces inhibitions enzymatiques bloquent l’utilisation de l’acétyl-CoA dans le cycle de Krebs et la lipogenèse, orientant l’acétate vers la formation intra mitochondriale de corps cétoniques. Aussi, la régulation de la dégradation des acides gras libres: dépend du taux de malonyl CoA, qui conditionne la pénétration intra mitochondriale des acides gras libres et leur oxydation en acétyl-CoA.

B- Diminution de l’utilisation des glucides :
- La carence en glucides entraîne une cétogenèse par 2 mécanismes :
* blocage du cycle de Krebs : par diminution de la formation d’Oxaloacétate.
* inhibition de la lipogenèse : par diminution de l’ATP formée par la voie Embden Mayerhuff et NADH.

- Facteurs hormonaux de la régulation de la cétogenèse

A- Facteurs cétogènes : augmentent l’utilisation des acides gras et/ou diminuent celle du glucose. On peut citer les hormones lipolytiques (catécholamines et glucagon activant la lipase qui libère les Aacides gras à partir des triglycérides) et d'autres hormones.

B- Facteurs anti-cétogènes comme l'insuline qui augmente l’utilisation hépatique du glucose et augmente la pénétration intracellulaire du glucose et son utilisation au niveau des tissus périphériques. Elle diminue la lipolyse et augmente al lipogenèse, en favorisant l’entrée des acides gras libres dans les adipocytes et en favorisant la synthèse des triglycérides.


Biosynthèse des acides gras (AG):

Deux mécanismes de biosynthèse des acides gras existent; 1/ Système cytpoplasmique pour la synthèse de l'acide palmitique et 2/ Système microsomal permettant l'allongement et la désaturation des chaînes d'acides gras.

1/ Système cytpoplasmique de l'acide palmitique

Le bilan de synthèse d'une molécule d'acide palmitique s'écrit:

Acétyl CoA +7 Malonyl CoA + 14 NADPH, H+ --> CH3-(CH2)14-COOH + 7 CO2 + 8 HSCoA + 14 NADP+ + 6 H2O

Bilan énergétique pour l'acide palmitique:

- L'incorporation d'un chaînon dicarboné dans une molécule d'acide gras en voie de synthèse est réalisée par le biais du malonyl coenzyme A (composé à 3 carbones).

- Le pouvoir réducteur est fourni par NADPH, H+
- Les dérivés acylés se présentent sous forme de thioesters d'une protéine, l'Acyl carrier Protein (ACP)
- Les enzymes responsable de la biosynthèse de l'acide gras forment un complexe appelé acide gras synthétase.

Pour rappel la Biosynthèse des acides gras se fait en 3 étapes: Activation, Elongation et Terminaison.

a- Réaction d'activation de la biosynthèse d'acides gras (initiation): Formation du Malonyl-CoA.

Acétyl-CoA + ATP + CO2 --> Malonyl-CoA + ADP + Pi +

Réaction irréversible catalysée par l'Acétyl-CoA carboxylase (étape limitante). L'Acétyl-CoA carboxylase est une enzyme allostérique activée par le citrate. L'Acétyl-CoA, précurseur des acides gras est formé dans la mitochondrie. Son transfert vers le cytoplasme (cytosol) se fait à travers le passage d'une molécule de citrate.

Lipides. biosynthèse (métabolisme)

La malate déshydrogénase cytosolique et l’enzyme malique permettent d'obtenir du NADPH à partir du NADH.

b- Condensation d'un composé dicarboné issu du Malonyl-ACP sur le groupement Acétyl d'un Acétyl-ACP

Réaction globale de la synthèse d'un acide gras à 2n atomes de carbone:

n Acétyl-CoA + (n-1) ATP + 2 (n-1) (NADPH,H+ )--> Acide gras + n HSCoA + (n-1) ADP + (n-1) Pi + 2 (n-1) NADP+

NADPH utilisé comme réducteur dans la biosynthèse des acides gras provient du catabolisme des glucides. L'anabolisme des acides gras est dépendant du catabolisme glucidique.

Le NADPH utilisé par le synthèse des acides gras (voie anabolique) provient de deux sources principales:
-NADPH produit par la voie des pentoses phosphates
-NADPH produit par l’enzyme malique (décarboxylation oxydative du malate)

Après biosynthèse de l'acide palmitique (AG à 16 carbones), Des systèmes enzymatiques accessoires peuvent catalyser l’élongation et la désaturation du palmitate afin de former différents types d'acides gras. Plusieurs enzymes catalysant ces réactions sont associées à la membrane cytosolique du réticulum endoplasmique (dans les plantes elles en existent aussi dans le chloroplaste). Comme remarque, les mammifères sont incapables d’introduire des doubles liaisons entre atomes de carbone au-delà de C9 dans une chaîne d’acides gras. L'apport par la nourriture de certains acides gras devient indispensable. C'est pour cette raison qu'ils sont appelés acides gras essentiels (omega 3 et oméga 6)

Comparaison de la biosynthèse et la catabolisme des acides gras

Biosynthèse Béta-oxydation
Cytoplasme Mitochondries
NADPH NADH, FADH2
Acyl carrier protéine (ACP) CoA
CO2 activation -
Un seul Complexe enzymatique Plusieurs enzymes séparées

Régulation de la biosynthèse des acides gras

Le synthèse des acides gras est faite lorsque les glucides et l’énergie sont abondants, et lorsque les acides gras sont rares. L’acétyl-CoA carboxylase est l’enzyme clé pour controler la voie (sous contrôle allostérique et par modification covalente):

Biosynthèse des acides  gras. Régulation

ATP, NAD, FAD & Acétyl-Coenzyme A. Structure et fonction (Fr):

ATP, NAD, FAD & Acétyl-Coenzyme A. Structure et fonction (Ar):


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