Fiche de révision : Enzymes et métabolisme énergétique

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et propriétés des enzymes
2. Cinétique enzymatique
3. Régulation de l’activité enzymatique
4. Classes et coenzymes
5. Cinétique et inhibition enzymatiques
6. Bioénergétique, ATP et acétyl-CoA
7. Cycle de Krebs et chaîne respiratoire
8. Transferts redox et complexes respiratoires
9. Gradient protonique et ATP synthase
10. Couplage, régulation et rendement
11. Glycolyse et devenir du pyruvate
12. Néoglucogenèse et substrats
13. Métabolisme du glycogène
14. Voie des pentoses phosphate
15. Segment oxydatif des pentoses phosphates
16. Segment non oxydatif des pentoses
17. Rappels et synthèse des acides gras
18. β-oxydation des acides gras

📖 1. Fonctions et propriétés des enzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Catalyseur biologique, généralement protéique sauf les ribozymes constitués d’ARN, qui accélère une réaction en abaissant l’énergie libre d’activation sans modifier le sens de la réaction ni être consommée.
• Site actif : Région de l’enzyme, située dans une fente ou une cavité, où se fixent le ou les substrats et éventuellement le coenzyme, et où se déroule la réaction.

★ À maîtriser

📐 Formule — La variation d’énergie libre d’une réaction vérifie $\Delta G = G_{produits} - G_{substrats}$.

📌 Le site actif comporte un site de fixation, qui lie et oriente le substrat par des liaisons faibles, et un site catalytique, qui participe directement à la rupture ou à la formation de liaisons covalentes.

📌 Le modèle clé-serrure de Fisher (1894) suppose une enzyme rigide et un substrat complémentaire du site actif, tandis que le modèle de l’ajustement induit de Koshland (1958) décrit une enzyme flexible dont la conformation change après fixation du substrat et constitue le modèle actuellement admis.

Compléments

📌 La glucokinase possède une spécificité de substrat absolue pour le glucose, tandis que l’hexokinase peut phosphoryler le glucose et d’autres hexoses.

💡 Astuce mémo

Site de fixation pour reconnaître, site catalytique pour transformer

📖 2. Cinétique enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitesse initiale : Vitesse de la réaction aux temps proches de zéro et correspond à la pente de la portion linéaire initiale de la courbe de formation du produit.
• Vitesse maximale : La vitesse maximale Vmax est la vitesse initiale atteinte lorsque l’enzyme est saturée par le substrat et peut être considérée comme atteinte lorsque la concentration en substrat est supérieure ou égale à 10 fois KM, avec v0 ≥ 0,9 Vmax.
• Constante de Michaelis : La constante de Michaelis KM est la concentration en substrat nécessaire pour atteindre une vitesse initiale égale à Vmax/2 et varie en sens inverse de l’affinité de l’enzyme pour son substrat.

★ À maîtriser

📐 Formule — La vitesse instantanée vérifie $v = \frac{d[P]}{dt} = -\frac{d[S]}{dt} = k[S]$.

📌 Pour une concentration en enzyme constante, l’augmentation de la concentration initiale en substrat augmente la vitesse initiale, mais cette augmentation est hyperbolique pour une enzyme michaelienne et sigmoïde pour une enzyme allostérique.

Compléments

📐 Formule — Lorsque la concentration en enzyme augmente, la vitesse maximale vérifie $V_{max} = K_{cat} \times [E]$, tandis que KM reste inchangée.

📐 Formule — Dans la représentation de Lineweaver-Burk, la droite de $\frac{1}{v_0}$ en fonction de $\frac{1}{[S]}$ coupe l’axe des ordonnées en $\frac{1}{V_{max}}$, l’axe des abscisses en $-\frac{1}{K_M}$ et possède une pente égale à $\frac{K_M}{V_{max}}$.

💡 Astuce mémo

Substrat → complexe ES → produit

📖 3. Régulation de l’activité enzymatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Régulation allostérique : Fixation d’un activateur ou d’un inhibiteur sur un site distinct du site actif, ce qui modifie la conformation de l’enzyme et son affinité pour le substrat.

★ À maîtriser

• Un inhibiteur compétitif se fixe sur le site actif en compétition avec le substrat, augmente KM sans modifier Vmax et peut être surmonté par une augmentation de la concentration en substrat.

• Un inhibiteur non compétitif se fixe sur l’enzyme ou le complexe enzyme-substrat sur un site distinct du site actif, ne modifie pas KM et diminue Vmax.

• La régulation transcriptionnelle adapte lentement le niveau d’expression enzymatique à long terme, tandis que les modifications covalentes et allostériques agissent plus rapidement.

Compléments

• La phosphorylation d’une enzyme peut modifier son activité, cette phosphorylation étant catalysée par une kinase et sa déphosphorylation réversible par une phosphatase.

💡 Astuce mémo

Effecteur ou modification → changement de conformation → activité modifiée

📖 4. Classes et coenzymes

🔑 Notions clés & Définitions

• Classes enzymatiques : Les six classes enzymatiques sont les oxydo-réductases, les transférases, les hydrolases, les lyases, les isomérases et les ligases.

• Coenzyme : Partie non protéique d’une enzyme, souvent dérivée d’une vitamine, qui transporte un groupement, participe à la structure enzymatique ou intervient directement dans la catalyse.

★ À maîtriser

📌 Les hydrolases coupent des liaisons chimiques par hydrolyse, tandis que les ligases forment une liaison entre deux atomes grâce à l’énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP.

• Les coenzymes pyridiniques NAD+/NADH,H+ et NADP+/NADPH,H+ interviennent dans les transferts d’électrons et de protons, le NAD dérivant de la vitamine B3 et le NADP jouant notamment un rôle réducteur dans l’anabolisme.

Compléments

• L’Union Internationale de Biochimie a établi en 1961 une classification des enzymes en six classes, chaque enzyme possédant un numéro EC composé de quatre chiffres.

📌 Un cosubstrat interagit temporairement avec l’enzyme par des liaisons faibles, tandis qu’un groupement prosthétique est lié plus durablement à l’apoenzyme par des liaisons covalentes.

• Le coenzyme Q est présent dans la membrane mitochondriale interne et transporte des électrons et des protons dans la chaîne respiratoire sous ses formes ubiquinone et ubiquinol.

💡 Astuce mémo

O-T-H-L-I-L : oxydo-réductases, transférases, hydrolases, lyases, isomérases, ligases

📖 5. Cinétique et inhibition enzymatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Enzyme : Catalyseur biologique qui accélère une réaction en diminuant son énergie d’activation sans être consommé ni durablement modifié.
• Constante de Michaelis : La constante de Michaelis $K_M$ correspond à la concentration en substrat pour laquelle la vitesse initiale atteint la moitié de $V_{max}$ et elle est inversement proportionnelle à l’affinité apparente de l’enzyme pour son substrat.

★ À maîtriser

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

📐 Formule — La relation de Michaelis-Menten s’écrit $v_i = \frac{V_{max}[S]}{K_M+[S]}$.

📌 Un inhibiteur compétitif se fixe au site actif, augmente la constante apparente de Michaelis sans modifier Vmax, tandis qu’un inhibiteur non compétitif se fixe sur un autre site et diminue Vmax.

Compléments

📌 La fixation d’un inhibiteur allostérique sur une enzyme modifie sa conformation, et la phosphorylation peut inhiber l’activité enzymatique.

• Les déshydrogénases appartiennent aux oxydoréductases, les protéases aux hydrolases et les kinases aux transférases.

• Le NAD+ est un coenzyme d’oxydoréduction, tandis que le coenzyme A intervient dans le transfert de groupements acyles.

💡 Astuce mémo

Michaelienne : hyperbole et Vmax stable avec inhibition compétitive ; allostérique : sigmoïde et conformation modulée

📖 6. Bioénergétique, ATP et acétyl-CoA

🔑 Notions clés & Définitions

• ATP : L’ATP est un intermédiaire énergétique qui transfère les groupements phosphoryles entre les composés phosphorylés riches et pauvres en énergie et dont le pool doit être constamment régénéré.
• Acétyl-CoA : Constitué d’un groupement acétyl et du coenzyme A reliés par une liaison thioester riche en énergie.

★ À maîtriser

• Le catabolisme regroupe les réactions de dégradation des lipides, glucides et protéines qui produisent notamment NADH,H+, NADPH,H+, FADH2 et ATP, tandis que l’anabolisme synthétise des macromolécules grâce à cette énergie.

• Une réaction est exergonique et spontanée lorsque $\Delta G<0$, à l’équilibre lorsque $\Delta G=0$, et endergonique et non spontanée lorsque $\Delta G>0$.

• Le couplage d’une réaction endergonique avec une réaction exergonique la rend thermodynamiquement favorable lorsque la somme des variations d’énergie libre standard est négative.

• L’hydrolyse de l’ATP peut produire de l’ADP et du phosphate inorganique, ou de l’AMP et du pyrophosphate, lequel peut ensuite être hydrolysé en deux phosphates inorganiques.

• Les étapes de la respiration cellulaire sont: la production d’acétyl-CoA, l’oxydation de l’acétyl-CoA dans le cycle de Krebs, la phosphorylation oxydative dans la chaîne respiratoire

• Les principales origines de l’acétyl-CoA sont:

  • le pyruvate
  • la β-oxydation des acides gras
  • certains acides aminés

• La pyruvate déshydrogénase est un complexe irréversible composé des enzymes E1, E2 et E3 et nécessitant cinq coenzymes : CoA, NAD+, FAD, acide lipoïque et thiamine pyrophosphate.

Compléments

📐 Formule — Pour une réaction biochimique, $\Delta G = \Delta G^{0\prime}+RT\ln\left(\frac{[C][D]}{[A][B]}\right)$ et, à l’équilibre, $K_{eq}=\frac{[C]_{eq}[D]_{eq}}{[A]_{eq}[B]_{eq}}$.

• L’hydrolyse de l’ATP permet:
  • la division cellulaire
  • la synthèse de molécules
  • la contraction musculaire
  • le transport d’ions contre leur gradient
  • la conduction nerveuse
  • la régulation de la température

💡 Astuce mémo

Catabolisme → cofacteurs réduits et ATP → anabolisme et travail cellulaire

📖 7. Cycle de Krebs et chaîne respiratoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle de Krebs : Le cycle de Krebs est un ensemble de huit réactions mitochondriales aérobies qui dégradent l’acétyl-CoA en cofacteurs réduits, CO2 et énergie sous forme de GTP.

• Chaîne respiratoire : La chaîne respiratoire est un ensemble de quatre complexes protéiques et de deux transporteurs mobiles situés dans la membrane interne mitochondriale, qui transfèrent les électrons du NADH,H+ et du FADH2 vers l’oxygène.

★ À maîtriser

• Les intermédiaires successifs sont:

  • le citrate
  • l’isocitrate
  • l’α-cétoglutarate
  • le succinyl-CoA
  • le succinate
  • le fumarate
  • le malate
  • l’oxaloacétate

• L’oxydation complète d’une molécule d’acétyl-CoA dans le cycle de Krebs produit 3 NADH,H+, 1 FADH2 et 1 GTP, soit un total de 12 molécules d’ATP selon les équivalences du cours.

• Les électrons du NADH,H+ passent par les complexes I, III et IV via l’ubiquinone et le cytochrome c, tandis que ceux du FADH2 passent par les complexes II, III et IV.

📌 Le complexe I oxyde le NADH,H+, réduit l’ubiquinone en ubiquinol et utilise l’énergie libérée pour exporter des protons vers l’espace intermembranaire.

Compléments

📌 La citrate synthase est inhibée par l’ATP et activée par l’ADP, l’isocitrate déshydrogénase est activée par l’ADP et inhibée par l’ATP, et l’α-cétoglutarate déshydrogénase est inhibée par le NADH,H+ et le succinyl-CoA.

💡 Astuce mémo

Acétyl-CoA → Krebs → cofacteurs réduits → chaîne respiratoire → ATP

📖 8. Transferts redox et complexes respiratoires

★ À maîtriser

📌 Un composé dont le potentiel redox standard E°’ est inférieur à 0 est réducteur et cède facilement ses électrons, tandis qu’un composé dont E°’ est supérieur à 0 est oxydant et capte facilement les électrons.

📌 Une oxydation correspond à une perte d’électrons, tandis qu’une réduction correspond à un gain d’électrons.

📐 Formule — La variation d’énergie libre standard d’un transfert d’électrons vérifie $\Delta G^{0\prime}=-n\times F\times\Delta E^{0\prime}$, avec $\Delta E^{0\prime}=E^{0\prime}_{oxydant}-E^{0\prime}_{réducteur}$ et une constante de Faraday de 23,06 kcal·V⁻¹·mol⁻¹ ou 96,406 kJ·V⁻¹·mol⁻¹.

• La chaîne respiratoire transfère les électrons du NADH, H⁺ ou du succinate vers le dioxygène, qui est l’accepteur final et est réduit en eau.

📌 Le complexe II transfère les électrons du succinate vers l’ubiquinone, mais ne pompe pas de protons car l’énergie libérée est insuffisante.

• Le complexe III transfère les électrons de l’ubiquinol vers deux molécules de cytochrome c et contribue à la formation du gradient de protons.

• Le complexe IV transfère les électrons du cytochrome c réduit vers le dioxygène, qui est réduit en eau, et pompe des protons vers l’espace intermembranaire.

Compléments

• La roténone inhibe le complexe I, le malonate inhibe compétitivement le complexe II et l’antimycine A inhibe le complexe III.

• La réduction complète d’une molécule de dioxygène nécessite quatre cytochromes c réduits et quatre protons selon l’équation $4\,cytochrome\ c\,(Fe^{2+})+O_2+4\,H^+\rightarrow4\,cytochrome\ c\,(Fe^{3+})+2\,H_2O$.

• Le cyanure et le monoxyde de carbone inhibent le complexe IV en se liant à ses groupements hémiques.

💡 Astuce mémo

NADH et succinate → Q → cytochrome c → O₂

📖 9. Gradient protonique et ATP synthase

🔑 Notions clés & Définitions

• Force protomotrice : Énergie potentielle créée par la différence de potentiel électrique et le gradient de protons entre la matrice mitochondriale et l’espace intermembranaire.

★ À maîtriser

• Les complexes I, III et IV pompent des protons de la matrice vers l’espace intermembranaire, où ils s’accumulent grâce à l’imperméabilité de la membrane interne mitochondriale.

• Les protons retournent dans la matrice à travers l’ATP synthase, et ce flux permet la phosphorylation de l’ADP en ATP.

• Le complexe V, ou ATP synthase, comprend les complexes F₁ et F₀, dont F₀ forme le canal à protons et F₁ assure la synthèse d’ATP.

Compléments

• L’oligomycine inhibe le canal à protons F₀ de l’ATP synthase et bloque ainsi la synthèse d’ATP.

• Dans le modèle de changement de liaison, les sites αβ de l’ATP synthase adoptent successivement les conformations T, L et O, correspondant respectivement à une liaison forte de l’ATP, une liaison faible de l’ADP et du phosphate, puis une faible liaison de sortie de l’ATP.

💡 Astuce mémo

Pompage des protons → force protomotrice → synthèse d’ATP

📖 10. Couplage, régulation et rendement

🔑 Notions clés & Définitions

• Rapport P/O : Quantité d’ATP formée pour une demi-molécule de dioxygène consommée et vaut 3 pour le NADH, H⁺ et 2 pour le succinate.

★ À maîtriser

• Le NADH, H⁺ permet la production de 3 ATP, tandis que le FADH₂ permet la production de 2 ATP, car ses électrons entrent au niveau du complexe II et évitent le complexe I.

• Un inhibiteur de la chaîne respiratoire bloque le transfert d’électrons et la synthèse d’ATP, tandis qu’un agent découplant permet le transfert d’électrons sans synthèse d’ATP en dissipant le gradient de protons sous forme de chaleur.

• Une augmentation de la concentration en ADP stimule la respiration mitochondriale et augmente la production d’ATP, tandis qu’une augmentation du rapport ATP/ADP inhibe allostériquement le complexe IV.

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

Compléments

• Le 2,4-dinitrophénol capte les protons, annule le gradient protonique et augmente la consommation de dioxygène tout en libérant l’énergie sous forme de chaleur.

• La thermogénine, ou UCP, présente dans la graisse brune du nouveau-né, assure un découplage naturel et favorise la dissipation de l’énergie sous forme de chaleur.

💡 Astuce mémo

Découplage : électrons et chaleur, mais pas d’ATP

📖 11. Glycolyse et devenir du pyruvate

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycolyse : Voie catabolique oxydative anaérobie qui transforme un glucose à six carbones en deux pyruvates à trois carbones dans le cytosol.

★ À maîtriser

• Le bilan net de la glycolyse est la formation de 2 pyruvates, 2 ATP et 2 NADH, H+ à partir d’une molécule de glucose.

📌 L’hexokinase a une forte affinité pour le glucose, phosphoryle plusieurs hexoses et est inhibée par le glucose-6-phosphate, tandis que la glucokinase hépatique et pancréatique a une faible affinité, est spécifique du glucose et n’est pas inhibée par le glucose-6-phosphate.

📌 La phosphofructokinase-1 est inhibée par l’ATP, les citrates et l’acidose, tandis que l’AMP et le fructose-2,6-bisphosphate l’activent.

• En anaérobie, le pyruvate est réduit en lactate par la lactate déshydrogénase, ce qui régénère le NAD+ nécessaire à la glycolyse ; le lactate peut ensuite être reconverti en glucose par le foie dans le cycle de Cori.

Compléments

• En aérobie, le pyruvate entre dans la mitochondrie, est oxydé en acétyl-CoA, puis celui-ci est dégradé par le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire en produisant du CO2, de l’eau et beaucoup d’ATP.

💡 Astuce mémo

Glucose → pyruvate → lactate ou acétyl-CoA

📖 12. Néoglucogenèse et substrats

🔑 Notions clés & Définitions

• Néoglucogenèse : Synthèse de glucose à partir de composés non glucidiques, principalement dans le foie et, lors d’un jeûne prolongé, dans le rein.

★ À maîtriser

• Les principaux substrats sont:

  • le lactate
  • le glycérol
  • les acides aminés comme l’alanine
  • le pyruvate

• La conversion de deux pyruvates en un glucose par néoglucogenèse consomme 6 ATP, 2 pyruvates et 2 NADH, H+.

• La pyruvate carboxylase transforme le pyruvate mitochondrial en oxaloacétate avec consommation d’ATP et utilisation de biotine, puis la PEP carboxykinase transforme l’oxaloacétate cytosolique en phosphoénolpyruvate avec consommation de GTP.

📌 La glucose-6-phosphatase forme du glucose à partir du glucose-6-phosphate dans le réticulum endoplasmique du foie et du rein, mais elle est absente des muscles.

Compléments

• Dans le cycle de Cori, le muscle produit du lactate lors d’un effort anaérobie, le lactate atteint le foie, y est transformé en pyruvate puis sert à reformer du glucose par néoglucogenèse.

💡 Astuce mémo

Jeûne ou hypoglycémie → production hépatique de glucose

📖 13. Métabolisme du glycogène

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycogénogenèse : Synthèse de glycogène à partir du glucose, surtout après un repas, principalement dans le foie et les muscles.

📝 Points essentiels

• Les muscles contiennent deux tiers du stock total de glycogène, tandis que le foie en contient un tiers et utilise ce stock pour maintenir la glycémie.

• La synthèse du glycogène utilise l’UDP-glucose, la glycogène synthase pour former les liaisons α1→4 et l’enzyme branchante pour former les liaisons α1→6.

• La glycogénolyse libère principalement du glucose-1-phosphate par phosphorolyse des liaisons α1→4, puis la phosphoglucomutase le transforme en glucose-6-phosphate.

📌 Dans le foie, le glucose-6-phosphate issu de la glycogénolyse est déphosphorylé en glucose exportable, tandis que dans le muscle il entre directement dans la glycolyse pour produire de l’énergie.

📌 L’insuline active la glycolyse et la glycogénogenèse, tandis que le glucagon active la glycogénolyse et la néoglucogenèse.

💡 Astuce mémo

Insuline : stockage ; glucagon : mobilisation

📖 14. Voie des pentoses phosphate

★ À maîtriser

• Le NADPH, H+ produit par la voie des pentoses phosphate est utilisé pour la biosynthèse des acides gras et du cholestérol ainsi que pour maintenir le glutathion réduit dans les globules rouges.

• Le segment oxydatif transforme le glucose-6-phosphate en ribulose-5-phosphate en deux réactions irréversibles, avec production de 2 NADPH, H+ et libération de CO2.

📌 La glucose-6-phosphate déshydrogénase catalyse la première réaction, limitante et régulatrice, du segment oxydatif et est activée allostériquement par le NADP+.

Compléments

• La 6-phosphogluconate déshydrogénase catalyse la décarboxylation oxydative du 6-phosphogluconate en ribulose-5-phosphate, avec production de NADPH, H+, libération de CO2 et intervention de Mg2+.

💡 Astuce mémo

NADPH pour réduire et synthétiser ; ribose-5-phosphate pour nucléotides

📖 15. Segment oxydatif des pentoses phosphates

🔑 Notions clés & Définitions

• Voie des pentoses phosphates : Aussi appelée shunt des pentoses, est une voie d’oxydation du glucose-6-phosphate qui produit du NADPH,H+ et du ribose-5-phosphate.

★ À maîtriser

📌 La glucose-6-phosphate déshydrogénase catalyse l’étape limitante et régulatrice du segment oxydatif, et le NADP+ est son activateur allostérique.

Compléments

• La 6-phosphogluconate déshydrogénase nécessite l’ion Mg2+ pour le passage du NADP+ au NADPH,H+ lors de la décarboxylation oxydative.

💡 Astuce mémo

Oxydation du G6P → NADPH, CO2 et ribulose-5-phosphate

📖 16. Segment non oxydatif des pentoses

🔑 Notions clés & Définitions

• Segment non oxydatif : Une succession de réactions réversibles qui transforme des pentoses phosphates à 5 carbones en fructose-6-phosphate à 6 carbones et en glycéraldéhyde-3-phosphate.

★ À maîtriser

📌 Le ribulose-5-phosphate est transformé soit en ribose-5-phosphate par isomérisation, soit en xylulose-5-phosphate par épimérisation.

• La séquence non oxydative comprend une transcétolisation, puis une transaldolisation, puis une seconde transcétolisation.

📌 La transcétolase transfère un groupement cétol d’un cétose vers un aldose et utilise la thiamine pyrophosphate comme cofacteur, tandis que la transaldolase transfère un groupement aldol d’un cétose vers un aldose.

Compléments

• À partir de 6 pentoses phosphates, le segment non oxydatif permet d’obtenir 5 hexoses phosphates.

💡 Astuce mémo

Transcétolisation → transaldolisation → transcétolisation

📖 17. Rappels et synthèse des acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides gras : Des acides carboxyliques à longue chaîne aliphatique hydrocarbonée, linéaire et non ramifiée, comportant un nombre pair de carbones supérieur ou égal à 4.
• Acyl-CoA : La forme activée d’un acide gras, obtenue par formation d’une liaison thioester entre l’acide gras et le coenzyme A.

★ À maîtriser

📌 La synthèse cytosolique des acides gras utilise l’acétyl-CoA comme précurseur, le NADPH,H+ comme cofacteur réduit et l’ATP comme source d’énergie, principalement dans le foie, le tissu adipeux et la glande mammaire en lactation.

📌 L’acétyl-CoA carboxylase transforme irréversiblement l’acétyl-CoA en malonyl-CoA et constitue l’étape limitante de la biosynthèse des acides gras.

• 🔄 La séquence récurrente de l’acide gras synthase comprend:

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

• La synthèse du palmitoyl-ACP nécessite 7 tours de la séquence récurrente et aboutit à un groupement acyle de 16 carbones, ensuite libéré par la palmitoyl-thioestérase.

Compléments

• Les acides gras ont trois rôles:

  • Structural dans les glycérophospholipides membranaires
  • Fonctionnel comme précurseurs de molécules biologiquement actives
  • Énergétique comme source d’ATP

• L’acétyl-CoA mitochondrial est transféré vers le cytosol par le cycle de Lardy sous forme de citrate, puis le citrate est clivé en acétyl-CoA et oxaloacétate dans le cytosol.

💡 Astuce mémo

Acétyl-CoA → malonyl-CoA → acyl-ACP → palmitate

📖 18. β-oxydation des acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• β-oxydation : Aussi appelée hélice de Lynen, est la dégradation oxydative et aérobie des acides gras en acétyl-CoA dans la mitochondrie, avec production de FADH2, de NADH,H+ et d’énergie.

★ À maîtriser

• L’activation d’un acide gras en acyl-CoA par l’acyl-CoA synthétase consomme deux liaisons riches en énergie et devient irréversible après hydrolyse du pyrophosphate en deux phosphates inorganiques.

• La navette L-carnitine/acyl-carnitine transfère l’acyle du cytosol vers la matrice mitochondriale grâce à la carnitine acyl-transférase I, à une translocase en antiport et à la carnitine acyl-transférase II.

• L’activation d’un acide gras en acyl-CoA par l’acyl-CoA synthétase consomme de l’ATP et forme du pyrophosphate, immédiatement hydrolysé en deux phosphates inorganiques, ce qui consomme deux liaisons riches en énergie et rend la réaction irréversible.

• La navette L-carnitine/acyl-carnitine transfère l’acyl-CoA cytosolique dans la matrice mitochondriale grâce à la carnitine acyl-transférase I, à une translocase fonctionnant en antiport, puis à la carnitine acyl-transférase II.

• Chaque tour de β-oxydation comprend successivement une oxydation, une hydratation, une oxydation et une thiolyse.

• La première oxydation de l’acyl-CoA forme un trans-Δ2-énoyl-CoA et du FADH2 sous l’action de l’acyl-CoA déshydrogénase.

• La deuxième oxydation transforme le groupement hydroxyle en groupement cétone et forme un β-cétoacyl-CoA ainsi qu’un NADH,H+ sous l’action de la β-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase.

• La thiolyse clive la liaison entre les carbones α et β du β-cétoacyl-CoA et produit un acétyl-CoA ainsi qu’un acyl-CoA raccourci de deux carbones sous l’action de la β-cétoacyl thiolase.

📐 Formule — La dégradation complète d’un acide gras à n carbones nécessite $\frac{n}{2}-1$ tours de l’hélice de Lynen.

• À chaque tour de β-oxydation, l’acyl-CoA perd deux carbones et produit un acétyl-CoA, un FADH2 et un NADH,H+.

• La réoxydation d’un FADH2 produit 2 ATP, celle d’un NADH,H+ produit 3 ATP et chaque acétyl-CoA permet la formation de 12 ATP au cours du cycle de Krebs et des phosphorylations oxydatives.

• Le malonyl-CoA inhibe allostériquement la carnitine acyl-transférase I et empêche ainsi l’entrée des acides gras dans la matrice mitochondriale.

• La condensation de la synthèse des acides gras s’oppose à la thiolyse de la β-oxydation, la réduction de la synthèse s’oppose à l’oxydation de la dégradation, et la déshydratation de la synthèse s’oppose à l’hydratation de la dégradation.

• Les intermédiaires réactionnels de la synthèse et de la dégradation des acides gras sont équivalents, mais ils sont liés à l’ACP lors de l’anabolisme et au coenzyme A lors du catabolisme.

Compléments

📌 Les acides gras à chaîne moyenne et longue sont activés dans le cytosol, tandis que les acides gras à chaîne courte, dont le nombre de carbones est inférieur ou égal à 8, sont activés dans la matrice mitochondriale.

💡 Astuce mémo

Activation → navette carnitine → β-oxydation

📊 Tableaux de synthèse

Effets des inhibiteurs enzymatiques

Comparaison des navettes mitochondriales