Intégration métabolique

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1981

Introduction :

Les glucides, les acides aminés et les lipides forment les carburants tissulaires et les éléments structuraux de l’organisme.

Mais c’est au titre de pourvoyeurs d’une grande partie des calories alimentaires qu’ils exercent leur plus grand impact sur le métabolisme.

Les voies métaboliques doivent fonctionner de façon simultanée, chacune d’elles doit être capable de détecter l’état des autres afin de fonctionner de façon optimale et de satisfaire les besoins de l’organisme

Comment expliquer la coordination entre les différentes voies métaboliques ?

Comment le réseau complexe des réactions du métabolisme fonctionne-t-il pour répondre aux besoins énergétiques de l’ensemble de l’organisme ? Cette question est étudiée à propos des différents tissus suivants : le foie, le tissu adipeux, les muscles et le myocarde, le cerveau et les globules rouges.

I- Objectifs du métabolisme :

1- production de l’ATP (monnaie énergétique) par oxydation des molécules énergétiques comme : le glucose, acides gras, acides aminés pour :

La contraction musculaire, transport actif, les biosynthèses etc….

2- production du pouvoir réducteur NADPH,H par la voie des pentoses phosphate pour : les biosynthèses réductrices(acides gras, cholestérol…)

3- production de molécules de base pour la biosynthèse (acétyl COA)

II- outils de la régulation métabolique :

Il existe 03 niveaux de régulation :

1- contrôle de l’activité enzymatique :

a- Modification non covalente : l’allostérie

b- modification covalente

c- taux d’enzymes (expression des gènes)

2- La compartimentation des voies métaboliques :

Cytosolique et mitochondriale (systèmes navettes)

3- spécialisation métabolique des organes :

Expression différentielle des gènes (iso enzymes)

III- sites de contrôle des voies métaboliques principales :

Les voies les plus importantes sont :

1- la glycolyse :

– Cytosolique

– Glucose —–> 2 Pyruvate +2 ATP +2NADH,H

– Enzymes clés de la régulation :
PFK1(+++)
HK
PK

2- le cycle de Krebs :

– mitochondrial

– Acétyl COA —–> GTP+ 3 NADH.H +1 FADH2

– sites de contrôle :
Citrate Sase
Isocitrate DHase
Cetoglutarate DHase

3- la voie des pentoses phosphates :

– Ubiquitaire

– Cytosolique

– production de de NADPH,Ff et de ribose 5P

4- la néoglucogenèse :

– Foie et rein

– Cytosolique +mitochondriale

– Synthèse de glucose à partir de : Pyruvate, Glycérol, A amines

– Enzymes clés : -Fl,6 Bipase , Pyruvate carboxylase

5- synthèse et dégradation du glycogène :

– Foie et muscle squelettique

– Cytosolique

– Glycogénolyse :
– dégradation du glycogène
– Glycogène —–> G6P
– Enzyme cle :Glycogene phosphorylase

– Glycogenogeneser
– synthese du Glycogene
– Glucose —–> Glycogène
– Enzyme cle: Glycogène Synthase

6- Synthèse et dégradation des A.gras :

– Lipogenèse :
– synthèse des a.gras
– cytosolique
– Enzyme clé : Acétyl COA carboxylase

– B-oxydation :
– dégradation des A.gras
– Mitochondriale
– Enzyme clés : Carnitine acyl transférase

IV- Le ” CAHIER DES CHARGES  » énergétique :

Les exigences énergétiques cellulaires sont variables d’un tissu à l’autre

  • Le cerveau :

* le cerveau ne consomme que du glucose(en dehors du jeune) : il est gluco-dependant.

* il brûle près de 150g de glucose par jour, soit le 1/10 de sa cylindrée (1500cm3), soit encore l’équivalent de 30 morceaux de sucre.

* la plus grande partie de cette énergie est utilisée pour faire fonctionner la pompe (Na+-K+) ATPase qui entretient le potentiel de membrane indispensable à la transmission de l’influx nerveux.

* le cerveau n’a pas accès aux A. Gras qui, lies dans le sang a l’albumine, ne peuvent traverser la barrière entre le sang et le cerveau.

*a défaut, lors du jeune, le cerveau peut se « contenter  » de corps cétoniques.

  • Le foie :

-En période post-prandiale , il utilise d’abord le glucose d’origine alimentaire
-Sinon, il consomme de préférence les A.gras.

  • Les muscles :

-En période post-prandiale, les muscles utilisent d’abord le glucose d’origine alimentaire
-« en routine » ils consomment de préférence des A.gras
-Cependant,
* lors d’un exercice de forte intensité et de courte durée, ils n’utilisent que le glucose.
* lors du jeune, ils utilisent les corps cétoniques, voir les A.amines, épargnant le glucose pour les tissus glucodependants.

  • Le myocarde, plus que les muscles squelettiques  » fait feu de tout bois » : glucose, et, surtout A.gras, le cas échéant corps cétoniques et lactate.
  • Le tissu adipeux :

– En période post-prandiale , le tissu adipeux utilise d’abord le glucose d’origine alimentaire.
– Sinon il consomme de préférence des A.gras.

  • D’autres tissus sont gluco-dependants : les globules rouges, les globules blancs, la médullaire rénale et la rétine.

V- Les « ENTREPÔTS « énergétiques :

La qualité et la quantité des réserves énergétiques sont variables d’un tissu à l’autre.

  • le glucose :

-le glucose est stocke sous forme de glycogène dans le foie et dans les muscles.
-il a une double origine :
* alimentaire
* métabolique :
-> la glycogénolyse hépatique et musculaire, mais seul le glucose issu de la glycogénolyse hépatique est exporte.
-> la néoglucogenèse hépatique

  • les A.gras :

-les A.gras sont stockes sous forme de triglycérides dans le foie et surtout dans le tissu adipeux (plus de 10% du poids corporel) et a moindre degrés dans les muscles.
-les capacités de réserves énergétiques lipidiques sont donc quasiment illimitées.
-les A.gras ont une double origine :
* alimentaire
* métabolique :
->la lipolyse : libère les A.gras des triglycérides du foie et surtout du tissu adipeux à destination des tissus consommateurs.
-> ils sont synthétisés de novo à partir des glucides via l’acetyl COA , dans le foie et surtout dans le tissu adipeux.

  • les acides amines :

– les protéines musculaires ne constituent pas du point de vue énergétique, un stock d’acides aminés : elles sont dévolues à la contraction.
– cependant, lors du jeune prolonge, la protéolyse musculaire produit des acides aminés qui sont utilisés à fin énergétique.

Vl- Adaptation métabolique et états nutritionnels :

On peut caricaturalement distinguer 3 situations particulières :

– la période post-prandiale : sont les 4 heures qui suivent la prise d’un repas

– la période de jeune :
* jeune physiologique (ou période inter-prandiale) : moins de 12 heures
* jeune non-physiologique :
-> court : moins d’une semaine
-> long : au-delà d’une semaine

– la période d’activité musculaire

Toute adaptation métabolique à l’une ou l’autre des 2 dernières situations respecte le « cahier des charges » énergétique : en particulier, le glucose est réservé aux tissus gluco -dépendant, tandis que les autres carburants énergétiques (acides gras et corps cétoniques) sont proposés aux autres tissus moins exigeants.

——–> En période post-prandiale
L’arrivage d’origine alimentaire de glucose, d’acides gras et d’acides aminés entraîne :
– l’utilisation du glucose comme substrat énergétique par la plus part des tissus.
– La mise en marche des anabolismes :
* la glycogénogenèse dans le foie et les muscles (à partir du glucose)
* la lipogenèse dans le foie et le tissu adipeux, et a moindre degrés dans les muscles (à partir des acides gras).
* synthèse des protéines dans les muscles (à partir des acides aminés).

——–> En période de jeune
– L’apport alimentaire des nutriments a valeur énergétique étant interrompu, l’organisme doit trouver en lui-même ses propres ressources énergétiques.
– L’adaptation métabolique découle de la diminution de l’approvisionnement en glucose et en acides gras.
– Elle respecte 2 priorités :
1- Reserver le glucose aux tissus gluco-dépendants
2- Preserver autant que possible les protéines musculaires

  • jeune physiologique :

Le niveau normal de la glycémie est maintenu normal grâce :
– à la glycogénolyse hépatique
– et à la néoglucogenèse hépatique

De plus les tissus qui peuvent » se passer” de glucose(les muscles et le myocarde, le foie et le tissu adipeux) consomment, à la place, des acides gras issus de la lipolyse du tissu adipeux (lipolyse produisant également le glycérol qui est substrat de la néoglucogenèse).

  • Jeune non physiologique court :

– la glycogénolyse hépatique s’épuise très vite, faute de glycogène.
Les 2 mécanismes adaptatifs ci-dessus s’amplifient :
* la lipolyse du tissu adipeux
* et la néoglucogenèse hépatique à partir du glycérol et, maintenant des acides aminés produits par la protéolyse musculaire

– la cétogenèse hépatique se met en marche, à partir des acides gras d’origine lipolytique et des acides aminés cétogènes, les corps cétoniques couvrent une part croissante des besoins énergétiques du cerveau, des muscles, et surtout du myocarde.

– la protéolyse musculaire : produit des acides aminés(en particulier alanine et glutamine) qui pour une grande part sont substrat de la néoglucogenèse, et pour le reste entrent dans le catabolisme énergétique.

  • Jeune non physiologique long :

L’exagération de la protéolyse musculaire aboutirait à une fonte musculaire telle qu’elle compromettrait la survie de l’organisme
– la protéolyse musculaire diminue : le capital protéique est mieux préservé
– la néoglucogenèse, qui d’hépatique seulement devient à la fois hépatique et rénale, le glucose produit étant réservé aux tissus strictement gluco- dépendants (globules rouges)
– la cétogenèse hépatique se poursuit, au profit du cerveau qui consomme de plus en plus de corps cétoniques
– la lipolyse du tissu adipeux s’accentue, presque tous les tissus étant à présent au régime lipidique strict.

——–> En période d’activité musculaire

  • Activité musculaire de forte intensité et de courte durée :

– en anaérobiose, les muscles (fibres musculaires à contraction rapide, blanches pauvres en myoglobine) utilisent comme source d’énergie :
1- le glucose (glycogénolyse musculaire, néoglucogenèse hépatique)
2- l’hydrolyse de la créatine-phosphate

  • Activité musculaire d’intensité moyenne et de longue durée :

– en aérobiose, les fibres musculaires à contraction lente consomment :
1- le glucose (glycogénolyse musculaire)
2- les acides gras d’origine lipolytique
3- les acides aminés de la protéolyse

Cours du Dr L.BELKACEM – Faculté de Constantine