Fiche de révision : Métabolisme général cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Anabolisme et catabolisme cellulaire
2. Flexibilité et compartimentation métaboliques
3. Cycle de Krebs et rendement énergétique
4. Architecture des voies métaboliques
5. Glycolyse et néoglucogenèse
6. Navettes mitochondriales
7. Métabolisme des acides gras
8. Corps cétoniques et jeûne
9. Mitochondrie et phosphorylation oxydative
10. Régulation et cancer

📖 1. Anabolisme et catabolisme cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Anabolisme : Ensemble des réactions de synthèse qui forment des molécules complexes à partir de molécules simples en consommant généralement de l’ATP.
• Catabolisme : Ensemble des réactions de dégradation qui oxydent des molécules complexes en molécules simples et libèrent de l’énergie.

★ À maîtriser

📌 Les réactions cataboliques utilisent surtout les coenzymes oxydés NAD+ et FAD, tandis que les réactions anaboliques utilisent notamment le coenzyme réduit NADPH2.

Compléments

📌 La cellule évite de réaliser simultanément anabolisme et catabolisme en les compartimentant, en les régulant par des hormones ou en utilisant des voies métaboliques différentes.

💡 Astuce mémo

Catabolisme : dégrade et libère ; anabolisme : construit et consomme.

📖 2. Flexibilité et compartimentation métaboliques

🔑 Notions clés & Définitions

• Flexibilité métabolique : Capacité d’une cellule à utiliser différents substrats énergétiques pour produire de l’ATP.

★ À maîtriser

• Les hématies sont dépourvues de mitochondries et utilisent exclusivement le glucose en conditions anaérobies.

• Les neurones utilisent principalement le glucose mais peuvent utiliser les corps cétoniques et le lactate lorsque le glucose est épuisé, tandis que le muscle strié peut utiliser le glucose, les acides gras et les corps cétoniques.

Compléments

• Les hépatocytes utilisent principalement les acides gras, tandis que l’entérocyte et le lymphocyte utilisent principalement la glutamine.

💡 Astuce mémo

Un moteur cellulaire change de carburant selon le tissu et la situation.

📖 3. Cycle de Krebs et rendement énergétique

📝 Points essentiels

• Le glucose est transformé en pyruvate par la glycolyse cytosolique, puis le pyruvate devient de l’acétyl-CoA dans la mitochondrie avant d’alimenter le cycle de Krebs.

• Le cycle de Krebs est une plateforme commune alimentée par l’acétyl-CoA issu du glucose, des acides gras ou de certains acides aminés.

• L’oxydation d’une molécule de glucose produit directement 4 ATP, 10 NADH2 et 2 FADH2, soit un rendement total de 32 molécules d’ATP.

📌 Le NADH2 produit environ 2,5 ATP, tandis que le FADH2 produit environ 1,5 ATP dans la chaîne respiratoire.

💡 Astuce mémo

Oxydation des substrats → coenzymes réduits → chaîne respiratoire → ATP.

📖 4. Architecture des voies métaboliques

🔑 Notions clés & Définitions

• Voie métabolique : Succession de réactions enzymatiques transformant progressivement un substrat en métabolites, chaque produit devenant le substrat de la réaction suivante.

📝 Points essentiels

📌 La flexibilité métabolique correspond à l’utilisation de substrats différents, tandis que la plasticité métabolique correspond à l’orientation vers des voies différentes selon l’environnement.

• Le glucose-6-phosphate est un point de bifurcation pouvant alimenter la glycolyse ou la voie des pentoses phosphates.

• La voie des pentoses phosphates produit du ribose-5-phosphate pour les acides nucléiques et du NADPH2 pour les réactions anaboliques.

💡 Astuce mémo

Flexibilité = changer de substrat ; plasticité = changer de voie.

📖 5. Glycolyse et néoglucogenèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Néoglucogenèse : Voie anabolique qui resynthétise du glucose à partir du lactate ou du pyruvate en consommant de l’ATP.

★ À maîtriser

• La glycolyse transforme une molécule de glucose à 6 carbones en deux molécules de pyruvate à 3 carbones dans le cytosol, en produisant directement 2 ATP et 2 NADH2.

📌 L’insuline favorise la glycolyse et bloque la néoglucogenèse afin d’orienter le glucose vers sa consommation cellulaire.

Compléments

• La néoglucogenèse se déroule dans le cytosol, la mitochondrie et le réticulum endoplasmique, et ses deux principaux tissus sont le foie et le rein.

💡 Astuce mémo

Glycolyse : glucose → pyruvate et ATP ; néoglucogenèse : lactate → glucose et consommation d’ATP.

📖 6. Navettes mitochondriales

★ À maîtriser

• La navette malate-α-cétoglutarate permet de transférer indirectement l’oxaloacétate ou les équivalents réducteurs entre le cytosol et la mitochondrie grâce à sa réduction en malate.

• La membrane mitochondriale est imperméable à l’acétyl-CoA, au NADH, au NAD+, à l’oxaloacétate et à certains dérivés, ce qui impose l’utilisation de navettes ou de transporteurs.

Compléments

📌 Les navettes consomment une partie de l’énergie, ce qui explique que le rendement réel du NADH soit inférieur à son rendement théorique.

💡 Astuce mémo

Oxaloacétate → malate → transport → oxaloacétate.

📖 7. Métabolisme des acides gras

📝 Points essentiels

• La bêta-oxydation dégrade les acides gras dans la mitochondrie en libérant progressivement de l’acétyl-CoA, du NADH2 et du FADH2.

• Pour les acides gras de 6 à 22 carbones, le transfert mitochondrial suit l’activation en acyl-CoA, la formation d’acyl-carnitine par CPT1, puis la libération de la carnitine par CPT2.

📌 Les acides gras de moins de 6 carbones entrent directement dans la mitochondrie, ceux de 6 à 22 carbones utilisent la carnitine et ceux de plus de 22 carbones sont pris en charge par le peroxysome.

💡 Astuce mémo

Activation → carnitine → mitochondrie → β-oxydation.

📖 8. Corps cétoniques et jeûne

🔑 Notions clés & Définitions

• Corps cétoniques : Produits par les hépatocytes à partir d’un excès d’acétyl-CoA lors d’une lipolyse massive, notamment pendant un jeûne prolongé.

📝 Points essentiels

• Deux molécules d’acétyl-CoA donnent de l’acétoacétate, qui peut ensuite produire du β-hydroxybutyrate ou de l’acétone.

📌 La surproduction de corps cétoniques libère des ions H+ dans le sang et peut provoquer une acidose métabolique.

💡 Astuce mémo

Jeûne prolongé → lipolyse massive → excès d’acétyl-CoA → corps cétoniques.

📖 9. Mitochondrie et phosphorylation oxydative

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle de Krebs : Voie amphibolique de la matrice mitochondriale qui oxyde l’acétyl-CoA et fournit des précurseurs pour des synthèses biosynthétiques.

★ À maîtriser

• Toutes les grandes familles de biomolécules convergent vers le cycle de Krebs : les glucides via le pyruvate, les lipides via l’acétyl-CoA issu de la β-oxydation et les acides aminés via des intermédiaires comme le pyruvate ou l’α-cétoglutarate.

• À chaque tour du cycle de Krebs sont produits 3 NADH,H⁺, 1 FADH₂, 1 GTP équivalent à 1 ATP et 2 CO₂.

Compléments

• Le cycle de Krebs fournit notamment du citrate pour la synthèse des acides gras, de l’oxaloacétate pour l’aspartate et de l’α-cétoglutarate pour le glutamate et la glutamine.

💡 Astuce mémo

NADH/FADH₂ → complexes respiratoires → gradient de protons → ATP synthase.

📖 10. Régulation et cancer

🔑 Notions clés & Définitions

• AMPK : Enzyme qui détecte la charge énergétique cellulaire, stimule les voies cataboliques lorsque l’ATP est bas et inhibe les voies anaboliques.

• Effet Warburg : Préférence des cellules cancéreuses pour la glycolyse aérobie, même en présence d’oxygène, avec conversion accrue du pyruvate en lactate.

★ À maîtriser

• La chaîne respiratoire mitochondriale comprend cinq complexes protéiques, numérotés I à V, qui transfèrent des électrons et établissent un gradient de protons.

• Le NADH cède ses électrons au complexe I, le FADH₂ au complexe II, les électrons passent ensuite par les complexes III et IV, puis l’oxygène est réduit en eau.

• La phosphorylation oxydative utilise le gradient de protons créé par les complexes I, III et IV pour permettre à l’ATP synthase du complexe V de produire de l’ATP.

📌 Lorsque la charge énergétique est basse, la cellule privilégie le catabolisme, tandis que lorsqu’elle est élevée et proche de 1, elle privilégie l’anabolisme ; la charge habituelle est d’environ 0,8 à 0,9.

• Dans les cellules cancéreuses, la lactate déshydrogénase convertit le pyruvate en lactate et régénère le NAD+, ce qui maintient la glycolyse active.

Compléments

• Le NADH produit environ 2,5 ATP et le FADH₂ produit environ 1,5 ATP grâce à la phosphorylation oxydative.

• La TEP utilise du glucose marqué au ¹⁸F pour localiser les tumeurs qui consomment intensivement du glucose.

💡 Astuce mémo

Charge énergétique basse : catabolisme ; charge élevée : anabolisme.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des voies du glucose