Polycopie Pr. Yargui L 2018-2019

Intégration du métabolisme tissulaire

INTRODUCTION

Intégration du métabolisme tissulaire:

= Considérer le métabolisme cellulaire dans son ensemble.

= Comprendre, comment les voies métaboliques, pourtant spécifiques et distinctes, s’interconnectent et coopèrent pour maintenir l’homme en vie.

I-Bases fondamentales du métabolisme tissulaire

    • Métabolisme = Voies cataboliques (dégradation) + Voies anaboliques (synthèse).
    • Une voie métabolique (catabolique ou anabolique) est un ensemble de réactions chimiques catalysées par des enzymes.
    • Le sens de déroulement de la voie est toujours le même.Une fois la première réaction est enclenchée, le produit formé est engagé à poursuivre la voie. Ce sens obligatoire s’explique par l’irréversibilité d’au moins deux enzymes dans chaque voie métabolique.
    • Certaines voies métaboliques sont désignées de « principales » car possèdent des collatérales où les produits formés sont déviés pour donner d’autres composés. Exemple : catabolisme d’un acide aminé = voie catabolique principale + voies accessoires qui génèrent des acides organique.Ainsi, lors d’une déficience enzymatique, le substrat en amont du bloc s’accumule et prendra le chemin accessoire formant des acides organiques souvent toxiques.
    • Les voies métaboliques s’effectuent dans les cellules, dans des compartiments précis :
      • Cytosol : Glycolyse, néoglucogenèse, synthèse et catabolisme du glycogène, voie des pentoses phosphates, interconversion des oses
      • Mitochondrie : Cycle de Krebs, oxydation phosphorylante
      • Coopération cytosol et mitochondrie : Cycle de l’urée
      • Membrane du réticulum endoplasmique : Synthèse lipidique
      • Peroxysome : β-oxydation des acides gras, synthèse des acides biliaires, dégradation des prostaglandines
      • Ribosome + Appareil de golgi : Synthèse des protéines
      • Lysosomes : Métabolisme des mucopolysaccharides et celui des sphingolipides
    • Les voies métaboliques sont communes à de nombreux organes (Voir tableau I).
    • Les voies métaboliques sont le siège de régulations (substrat, produit final ou allostérie, hormones, modifications post-traductionnelles, activation ou inhibition transcriptionnelle) afin de s’adapter aux conditions de l’environnement (état nutritionnel ou de jeûne, repos ou exercice physique, altitude, grossesse).
    • Dans le métabolisme cellulaire, on peut trouver des composés intermédiaires communs à plusieurs voies différentes. On les appelle carrefours métaboliques. Ce sont des sites d’interconnexion qui permettent de synchroniser les voies métaboliques en fonction des conditions de l’environnement (Voir figures 1, 2 et 3).

.                                     Tableau I : Spécificité organique des voies métaboliques

Foie Rein Muscle strié squelettique Cœur Tissu adipeux Cerveau
Glycolyse +++ +++ +++ +++ +++ +++
Néoglucogenèse +++ +++
Voie des pentoses phosphates +++ +++ +++ +++ +++ +++
Glycogénolyse +++ +++ +++ + +++
Glycogénogenèse +++ +++ +++ + +++
β-oxydation +++ +++ +++ +++ +++
Synthèse des acides gras +++ +++ +++ +++
Synthèse des triglycérides +++ +++ + + +++
Synthèse du cholestérol +++
Lipolyse +++ +++ + + +++
Cétogenèse +++ +++
Catabolisme des acides aminés +++ +++ +++ +++ +++ +++
Synthèse d’acides aminés +++ +++ +++ +++ +++ +++
Cycle de l’urée +++
Cycle de Krebs +++ +++ +++ +++ +++ +++
Phosphorylation oxydative +++ +++ +++ +++ +++ +++

+++ : Voie métabolique active

+ : Voie métabolique présente mais peu active

— : Voie métabolique inexistante (absente)

II-Fonctions du métabolisme tissulaire

1-Transformer les aliments en molécules simples utilisables par les cellules : polysaccharides en sucres simples, protéines en acides aminés, les lipides en acides gras et glycérol.

2-Récupérer l’énergie contenue dans les sucres simples, les acides aminés, les acides gras et les pyrimidines = ATP libérée au cours de la glycolyse, catabolisme des acides aminés, β-oxydation, cycle de Krebs.

3-Générer de l’énergie sous forme d’ATP, par l’oxydation phosphorylante mitochondriale des équivalents réduits (NADH, H+ et FADH2) produits au cours du cycle de Krebs (principalement) et des autres voies cataboliques.

4-Utiliser l’ATP en la dépensant pour assurer des fonctions vitales :

→Synthèse de glucose (6 ATP à partir de lactate), de l’urée (4 ATP à partir de l’ammoniaque et d’aspartate), de protéines (4 ATP par acide aminé incorporé), de lipides (1 ATP par élongation de 2 carbones).

→Contraction des myofibrilles (Respiration, pompage cardiaque, péristaltisme du tractus digestif, activité physique).

→Transports actifs ATP-dépendants :Transport des différentes molécules (Acides aminés, ions). Maintien des potentiels de membranes et Régulation de l’osmolarité

5-Maintien d’une glycémie stable (couplage glycogénolyse, néoglucogenèse, et interconversion des oses).

6-Synthèse de macromolécules structurales et de signalisation cellulaire :

→Mucopolysaccharides : architecture de nombreuses substances fibreuses (cartilage, disques vertébraux, cornée, liquide synovial, épithélium du sillon gingivo-dentaire).

→Sphingolipides : constituants des gaines de myéline des axones, des membranes plasmiques des cellules notamment les globules rouges.Ces sphingolipides sont impliqués dans l’induction de l’apoptose, la différenciation et la régulation de la croissance cellulaire.

III-Orientations stratégiques des voies métaboliques

1-Jeûne court (12 à 36h après le dernier repas):

Obligation absolue de fournir du glucose au cerveau. Ce glucose va provenir de :

1/ la …………………….. hépatique

2/ la synthèse de glucose par à partir :

-principalement des radicaux carbonés des ……………………..

-mais aussi du glycérol

L’énergie qui alimente cette synthèse provient principalement de la ……………………..

Le jeûne court est ainsi caractérisé par l’augmentation marquée de la protéolyse…………………….. et hépatique.

L’hormone inductrice et activatrice, au cours de cette période, est le……………………..

2-Jeûne prolongé (36h – 5 semaines)

Caractérisé par une adaptation métabolique au jeûne :

  1. Epuisement des réserves glycogéniques.
  2. La cétogenèse devient prioritaire : l’oxydation des sera ……………………..la source énergétique préférentielle pour de nombreux tissus, dont le cerveau.
  3. Réduction des besoins néoglucogéniques et par conséquent une diminution du ……………………..  musculaire et des pertes azotées.
  4. Maintien d’une glycémie à niveau faible mais suffisant pour les tissus exclusivement gluco-dépendants ( …………………….. , rétine).
  5. Les hormones impliquées dans cette étape du jeûne sont : Glucagon, catécholamines et …………………….. .
  6. Le principal facteur limitant du jeûne chez un sujet sain est la ………….… …………………….. .

3-En postprandiale

1-Le niveau de la glycémie est satisfait.

1-Le glucose en excès va servir à :

  • reconstituer les réserves de glycogène = …………………….. .
  • fournir l’énergie nécessaire aux différentes synthèses = Glycolyse + Cycle de Krebs + …………………………………………… .

3-Lancement des synthèses de : acides gras, cholestérol, triglycérides, protéines, bases azotées, coenzymes, créatine, glutathion, carnitine, et diverses autres substances.

4-L’hormone inductrice et activatrice, au cours de cette période post- absorptive, est l’ ……………………… .

4-Durant une activité musculaire brève mais intense

Le muscle a besoin de beaucoup d’énergie en courte durée.

La production d’ATP dans le muscle suit la chronologie suivante :

1/Consommer l’ATP disponible et prête dans le cytosol.

2/Former de l’ATP par transfert de phosphate de la créatine-phosphate vers l’ADP grâce à la …………… ………………………….. Il s’agit de la voie …………………….. alactique.

3/ Utiliser le glucose comme substrat énergétique. Par conséquent :

-la glycogénolyse musculaire est activée.

– le glucose disponible dans les cellules musculaires entre dans la glycolyse pour fournir de l’ATP :

  • en aérobiose : pyruvate vers…………………….. puis chaine respiratoire mitochondriale.
  • sinon en anaérobiose, après manque d’oxygène disponible, en transformant le pyruvate en lactate grâce à la ……………… …………………….. .

5-Durant une activité musculaire moyenne mais de longue durée

La prolongation de l’activité musculaire pousse l’organisme à s’adapter :

  1. Assurer un meilleur apport d’oxygène : augmentation du débit sanguin dans les muscles, en accélérant le rythme cardiaque et respiratoire.
  2. Préserver les réserves de glycogène et privilégier l’oxydation croissante des acides gras.

On aura une lipolyse adipocytaire + …………………….. + cycle de Krebs + chaine respiratoire mitochondriale.

Mettre en place deux cycles entre le foie et le muscle :

– Cycle de Cori :

Le muscle fait la glycolyse jusqu’au lactate. Le lactate est envoyé au foie pour former le pyruvate. Le pyruvate suit la voie de la ……………….. pour former du glucose. Le glucose est redonné au muscle pour une nouvelle ……………….. .

– Cycle Glucose/Alanine :

Le muscle fait la glycolyse jusqu’au pyruvate. Le pyruvate est transformé en alanine par …………………….. . L’alanine est envoyée au foie pour former à nouveau du pyruvate. Le pyruvate suit la voie de la néoglucogénèse pour former du glucose. Le glucose est redonné au …………………….. pour une nouvelle glycolyse.