Fiche de révision : Biochimie métabolique et enzymologie

📋 Plan du Cours

1. Propriétés générales des enzymes
2. Cinétique enzymatique
3. Régulation enzymatique et coenzymes
4. Glycolyse et fermentation lactique
5. Néoglucogenèse
6. Glycogène et voie des pentoses
7. Synthèse des acides gras
8. Bêta-oxydation des acides gras
9. ATP et cycle de Krebs
10. Chaîne respiratoire mitochondriale

📖 1. Propriétés générales des enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Catalyseur biologique, généralement protéique, qui augmente la vitesse d’une réaction en abaissant son énergie libre d’activation sans être modifiée à la fin de la réaction.
• Site actif : Comprend un site de fixation, responsable de la liaison au substrat, et un site catalytique, responsable de sa transformation en produit.

📝 Points essentiels

📌 Certaines enzymes ont une spécificité de substrat absolue et ne reconnaissent qu’un seul substrat, tandis que d’autres peuvent transformer plusieurs substrats.

💡 Astuce mémo

Site de fixation ≠ site catalytique

📖 2. Cinétique enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitesse instantanée : Vitesse d’une réaction enzymatique à un temps donné correspondant à la pente de la tangente à la courbe de concentration du produit ou du substrat en fonction du temps.

📝 Points essentiels

• La vitesse initiale est constante dans la portion linéaire initiale de la courbe, puis la vitesse diminue progressivement et tend vers zéro lorsque la réaction atteint l’équilibre.

📌 Une enzyme michaelienne présente une courbe hyperbolique de la vitesse initiale en fonction de la concentration en substrat, tandis qu’une enzyme allostérique présente une courbe sigmoïde.

📐 Formule — La représentation de Lineweaver-Burk est une droite représentant $\frac{1}{v_0}$ en fonction de $\frac{1}{[S]}$, dont l’ordonnée à l’origine vaut $\frac{1}{V_{max}}$ et l’abscisse à l’origine vaut $-\frac{1}{K_M}$.

💡 Astuce mémo

Hyperbole michaelienne, sigmoïde allostérique

📖 3. Régulation enzymatique et coenzymes

★ À maîtriser

📌 Un inhibiteur compétitif se fixe sur le site actif et augmente le Km apparent sans modifier la Vmax, tandis qu’un inhibiteur non compétitif se fixe sur un autre site, diminue la Vmax et ne modifie pas le Km.

📌 Un activateur allostérique favorise la forme R relâchée, qui possède une forte affinité pour le substrat, tandis qu’un inhibiteur allostérique favorise la forme T tendue, qui possède une faible affinité.

Compléments

📌 La phosphorylation d’une enzyme peut entraîner son activation ou son inhibition, selon l’enzyme concernée.

• Les coenzymes d’oxydo-réduction transfèrent des électrons et des protons, comme NAD+ et NADH,H+, tandis que les coenzymes de transfert transportent des groupements acyle ou acétyle, comme le coenzyme A.

💡 Astuce mémo

Compétitif : Km augmente ; non compétitif : Vmax diminue

📖 4. Glycolyse et fermentation lactique

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycolyse : Voie cytosolique de dégradation du glucose qui fonctionne avec ou sans oxygène et produit de l’ATP.

📝 Points essentiels

• Pour une molécule de glucose consommée, la glycolyse produit 2 molécules d’ATP, 2 molécules de NADH,H+ et 2 molécules de pyruvate.

• Les réactions irréversibles de la glycolyse sont les première, troisième et dixième réactions, catalysées respectivement par l’hexokinase, la phosphofructokinase-1 et la pyruvate kinase.

📌 La phosphofructokinase-1 est activée par le fructose-2,6-bisphosphate et inhibée par l’ATP et le citrate.

• En conditions anaérobies, le pyruvate est réduit en lactate par la lactate déshydrogénase, tandis que le NADH,H+ est oxydé en NAD+.

💡 Astuce mémo

Glucose → G6P → F1,6BP → pyruvate → lactate

📖 5. Néoglucogenèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Néoglucogenèse : Voie de synthèse du glucose à partir de composés non glucidiques, réalisée majoritairement dans le foie à 90 %, afin de maintenir la glycémie.

📝 Points essentiels

• Les quatre principaux substrats sont:

  • Le lactate
  • Le glycérol
  • L’alanine
  • Le pyruvate

• La néoglucogenèse se déroule dans la mitochondrie, le cytosol et le réticulum endoplasmique et contourne les trois réactions irréversibles de la glycolyse.

• La néoglucogenèse consomme 2 molécules de pyruvate, 6 molécules d’ATP et 2 molécules de NADH,H+ pour produire 1 molécule de glucose, 4 molécules d’ADP, 2 molécules de GDP et 2 molécules de NAD+.

💡 Astuce mémo

Glycolyse consomme le glucose ; néoglucogenèse le reforme

📖 6. Glycogène et voie des pentoses

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogénogenèse : Synthèse du glycogène à partir d’UDP-glucose, initiée par la glycogénine et assurée principalement par la glycogène synthase et l’enzyme branchante.

📝 Points essentiels

• La glycogène synthase forme les liaisons osidiques alpha 1→4 de la chaîne linéaire, tandis que l’enzyme branchante forme les liaisons alpha 1→6 des ramifications.

• La glycogénolyse libère principalement du glucose-1-phosphate par phosphorolyse des liaisons alpha 1→4 grâce à la glycogène phosphorylase, puis du glucose par hydrolyse des liaisons alpha 1→6 grâce à l’enzyme débranchante.

📌 L’insuline stimule la glycogénogenèse, tandis que le glucagon stimule la glycogénolyse.

• La voie des pentoses phosphate produit du NADPH,H+ pour les biosynthèses et du ribose-5-phosphate nécessaire à la synthèse des nucléotides.

📌 Le segment oxydatif de la voie des pentoses phosphate est irréversible et produit du NADPH,H+, tandis que le segment non oxydatif est réversible et transfère deux ou trois carbones par transcétolisation ou transaldolisation.

💡 Astuce mémo

Synthase construit ; phosphorylase dégrade

📖 7. Synthèse des acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse des acides gras : Se déroule dans le cytosol à partir d’acétyl-CoA et consomme du NADPH,H+ et de l’ATP.

★ À maîtriser

• 🔄 La séquence répétée de l’acide gras synthase est:

  1. Condensation
  2. Réduction
  3. Déshydratation
  4. Réduction

• La synthèse d’une molécule d’acide palmitique C16:0 nécessite 8 acétyl-CoA, 7 ATP et 14 NADPH,H+ et produit 6 molécules d’eau.

Compléments

📌 Les désaturases introduisent des doubles liaisons dans les acides gras, tandis que les acyl-CoA inhibent allostériquement la synthèse des acides gras.

💡 Astuce mémo

Condensation → réduction → déshydratation → réduction

📖 8. Bêta-oxydation des acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• Bêta-oxydation : Dégradation mitochondriale des acyl-CoA après leur transport par la navette carnitine.

📝 Points essentiels

• 🔄 Chaque tour comprend:
  1. Oxydation
  2. Hydratation
  3. Oxydation
  4. Thiolyse

📐 Formule — Pour un acide gras à n carbones, la bêta-oxydation nécessite $\frac{n}{2}-1$ tours et produit $\frac{n}{2}$ molécules d’acétyl-CoA, $\frac{n}{2}-1$ FADH2 et $\frac{n}{2}-1$ NADH,H+.

• La dégradation complète d’une molécule d’acide palmitique produit 129 molécules d’ATP.

💡 Astuce mémo

Oxydation → hydratation → oxydation → thiolyse

📖 9. ATP et cycle de Krebs

★ À maîtriser

📌 Une réaction exergonique libère spontanément de l’énergie, tandis qu’une réaction endergonique nécessite un apport d’énergie pour se produire.

• L’hydrolyse de l’ATP en ADP et phosphate inorganique ou en AMP et pyrophosphate est exergonique et libère une quantité importante d’énergie.

• Le cycle de Krebs se déroule dans la mitochondrie en conditions aérobies et produit, par molécule d’acétyl-CoA, 1 GTP, 3 NADH,H+ et 1 FADH2.

• L’oxydation complète d’une molécule d’acétyl-CoA conduit à la formation de 12 molécules d’ATP.

Compléments

• Le cycle de Krebs est amphibolique car il participe à la fois au catabolisme et à l’anabolisme, notamment à la synthèse des acides gras à longue chaîne.

💡 Astuce mémo

Oxydation de l’acétyl-CoA → cofacteurs réduits → ATP

📖 10. Chaîne respiratoire mitochondriale

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaîne respiratoire : Constituée des complexes I, II, III et IV, qui transfèrent les électrons du NADH,H+ et du FADH2 jusqu’au dioxygène, accepteur final.

📝 Points essentiels

📌 Les électrons issus du NADH,H+ passent par les complexes I, III et IV, tandis que ceux issus du FADH2 entrent par le complexe II et ne passent pas par le complexe I.

• Le transfert des électrons pompe des protons vers l’espace intermembranaire, créant un gradient dont le retour vers la matrice par l’ATP synthase permet la phosphorylation de l’ADP en ATP.

• La roténone inhibe le complexe I, le malonate le complexe II, l’antimycine A le complexe III, le cyanure le complexe IV et l’oligomycine l’ATP synthase ou complexe V.

• La dégradation complète d’une molécule de glucose produit 38 ATP avec la navette malate/aspartate et 36 ATP avec la navette glycérol-3-phosphate.

💡 Astuce mémo

Transfert d’électrons → gradient de protons → ATP

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des inhibiteurs enzymatiques