Fiche de révision : Métabolisme général cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Fondements du métabolisme énergétique
2. Flexibilité et cycle de Krebs
3. Architecture des voies métaboliques
4. Glycolyse et néoglucogenèse
5. Navettes mitochondriales
6. Métabolisme des acides gras
7. Corps cétoniques et jeûne
8. Mitochondrie et phosphorylation oxydative
9. Régulation énergétique cellulaire
10. Reprogrammation métabolique cancéreuse

📖 1. Fondements du métabolisme énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Métabolisme cellulaire : Ensemble des réactions biochimiques de la cellule.

★ À maîtriser

📌 L’anabolisme regroupe les réactions de synthèse qui transforment des molécules simples en molécules complexes et nécessitent un apport d’ATP, tandis que le catabolisme regroupe les réactions de dégradation qui oxydent des substrats et produisent de l’ATP.

📌 La cellule évite la coexistence simultanée de l’anabolisme et du catabolisme par la compartimentation, la régulation hormonale concertée ou l’utilisation de voies métaboliques différentes.

Compléments

• Les trois cofacteurs d’oxydoréduction sont:
  • FAD
  • NAD⁺
  • NADPH₂

💡 Astuce mémo

Anabolisme construit et consomme l’ATP ; catabolisme dégrade et produit l’ATP.

📖 2. Flexibilité et cycle de Krebs

🔑 Notions clés & Définitions

• Flexibilité métabolique : Capacité d’une cellule à utiliser différents substrats énergétiques pour produire de l’ATP.
• Cycle de Krebs : Voie catabolique mitochondriale et aérobie qui reçoit l’Acétyl-CoA issu des glucides, des acides gras ou des acides aminés.

★ À maîtriser

• Les hématies ont une flexibilité métabolique nulle car elles utilisent exclusivement le glucose, ne possèdent pas de mitochondries et fonctionnent uniquement en anaérobie.

Compléments

• Le muscle strié est la cellule la plus flexible car il peut utiliser le glucose, les acides gras et les corps cétoniques.

• La formule de l’Acétyl-CoA est $CH_3-CO-S-CoA$.

💡 Astuce mémo

Le cycle de Krebs agit comme un carrefour mitochondrial où convergent plusieurs carburants.

📖 3. Architecture des voies métaboliques

🔑 Notions clés & Définitions

• Voie métabolique : Succession de réactions enzymatiques dans laquelle le produit d’une réaction devient le substrat de la suivante.

★ À maîtriser

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

• Le glucose est phosphorylé en glucose-6-phosphate par l’hexokinase ou la glucokinase, puis le glucose-6-phosphate peut poursuivre la glycolyse ou bifurquer vers la voie des pentoses phosphates.

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

Compléments

• Lors d’un jeûne prolongé, l’organisme utilise successivement les réserves de glucose, les réserves de graisses, puis les protéines musculaires par protéolyse.

💡 Astuce mémo

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

📖 4. Glycolyse et néoglucogenèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Néoglucogenèse : Voie anabolique qui resynthétise du glucose à partir du lactate ou du pyruvate et coûte 6 équivalents ATP par molécule de glucose formée.

★ À maîtriser

• La glycolyse transforme une molécule de glucose en deux molécules de pyruvate dans le cytosol et en condition anaérobie.

• La glycolyse produit directement $2\ ATP + 2\ NADH_2$ par molécule de glucose.

Compléments

• La néoglucogenèse se déroule dans le cytosol, parfois dans la mitochondrie, se termine dans le réticulum endoplasmique et n’est réalisée que par le foie et le rein.

💡 Astuce mémo

La glycolyse consomme le glucose pour produire de l’énergie ; la néoglucogenèse reconstruit le glucose en dépensant de l’ATP.

📖 5. Navettes mitochondriales

📝 Points essentiels

📌 L’Acétyl-CoA, le NADH/NAD⁺ et l’oxaloacétate ne traversent pas directement la membrane mitochondriale et nécessitent des navettes ou des transporteurs adaptés.

• Les deux navettes mitochondriales reposent sur la transformation de l’oxaloacétate en malate, le transport du malate, puis sa retransformation en oxaloacétate par la MDH.

📌 La navette malate–α-cétoglutarate utilise le transporteur OGC pour faire sortir le malate vers le cytosol et fournir de l’oxaloacétate à la néoglucogenèse.

📌 La navette CIC transporte le malate du cytosol vers la mitochondrie afin de faire réoxyder le NADH₂ cytosolique par la chaîne respiratoire, en échange de citrate.

💡 Astuce mémo

Transformer en malate → traverser → retransTransformer.

📖 6. Métabolisme des acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• β-oxydation : Dégradation mitochondriale des acides gras en molécules d’Acétyl-CoA, avec production de NADH₂ et de FADH₂.

📝 Points essentiels

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

• Le transfert mitochondrial d’un acide gras de 6 à 22 carbones comprend son activation en acyl-CoA, sa conversion en acyl-carnitine par CPT1, puis sa reconversion en acyl-CoA par CPT2 dans la matrice.

• À chaque tour de β-oxydation, une molécule d’Acétyl-CoA, une molécule de NADH₂ et une molécule de FADH₂ sont produites, tandis que la chaîne carbonée est raccourcie de deux carbones.

💡 Astuce mémo

Activer → carnitine → matrice → β-oxydation.

📖 7. Corps cétoniques et jeûne

★ À maîtriser

• Les corps cétoniques sont fabriqués exclusivement par les hépatocytes à partir de deux molécules d’Acétyl-CoA, qui forment de l’acétoacétate pouvant donner de l’acétone ou du β-hydroxybutyrate.

📌 Une production excessive de corps cétoniques libère des ions H⁺ et peut provoquer une acidose métabolique, notamment lors d’un diabète de type 1 ou d’un coma acidocétosique.

Compléments

• Lors d’une lipolyse massive, l’excès d’Acétyl-CoA qui ne peut pas être pris en charge par le cycle de Krebs est orienté vers la production de corps cétoniques.

💡 Astuce mémo

Lipolyse massive → excès d’Acétyl-CoA → corps cétoniques → acidose.

📖 8. Mitochondrie et phosphorylation oxydative

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle de Krebs : Voie amphibolique située dans la matrice mitochondriale qui dégrade l’Acétyl-CoA tout en fournissant des précurseurs biosynthétiques.

★ À maîtriser

• À chaque tour du cycle de Krebs sont produits $3\ NADH,H^+ + 1\ FADH_2 + 1\ GTP + 2\ CO_2$.

• La chaîne respiratoire comporte cinq complexes protéiques, et les complexes I, III et IV pompent des protons vers l’espace intermembranaire.

📌 Le NADH entre dans la chaîne respiratoire au complexe I et produit environ 2,5 ATP, tandis que le FADH₂ entre au complexe II et produit environ 1,5 ATP.

Compléments

• Dans le cycle de Krebs, l’Acétyl-CoA se condense avec l’oxaloacétate pour former du citrate, puis les intermédiaires sont transformés jusqu’à la régénération de l’oxaloacétate.

💡 Astuce mémo

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

📖 9. Régulation énergétique cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• AMPK : Capteur de la charge énergétique qui, lorsque l’ATP est bas et l’AMP augmente, stimule la captation du glucose, la glycolyse et la β-oxydation.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La charge énergétique cellulaire vérifie $CE=\frac{ATP+\frac{1}{2}ADP}{ATP+ADP+AMP}$ et sa valeur normale est d’environ 0,8 à 0,9.

📌 L’AMPK inhibe les voies anaboliques, notamment par l’inhibition de mTORC1, afin d’empêcher la prolifération lorsque l’énergie cellulaire est insuffisante.

💡 Astuce mémo

ATP bas → AMP/AMPK activée → catabolisme stimulé et anabolisme inhibé.

📖 10. Reprogrammation métabolique cancéreuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Warburg : Glycolyse aérobie des cellules cancéreuses, qui convertissent préférentiellement le glucose en lactate même en présence d’oxygène.

★ À maîtriser

• Dans la cellule cancéreuse, le pyruvate est converti en lactate par la LDH, ce qui régénère le NAD⁺ et permet à la glycolyse de rester active.

• La voie des pentoses phosphates fournit aux cellules cancéreuses des nucléotides nécessaires à leur prolifération, tandis que la glutamine alimente le cycle de Krebs au niveau de l’α-cétoglutarate.

Compléments

• La TEP au désoxyglucose marqué au ¹⁸F exploite la forte consommation de glucose des cellules cancéreuses pour localiser les tumeurs et évaluer leur activité.

• Les mitochondries des cellules cancéreuses restent généralement fonctionnelles mais sont sous-utilisées, même si certaines tumeurs présentent des mutations d’enzymes du cycle de Krebs.

💡 Astuce mémo

Cellule saine : pyruvate → mitochondrie ; cellule cancéreuse : pyruvate → lactate malgré l’oxygène.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des navettes mitochondriales