1 - Introduction au métabolisme

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1. Le métabolisme associe un flux de matière et un flux d’énergie, avec deux grands ensembles de réactions : catabolisme et anabolisme.
2. Ces réactions s’organisent en voies interconnectées, dont le fonctionnement est ajusté pour maintenir l’homéostasie.
3. La bioénergétique décrit les conditions de déroulement des réactions ; les réactions métaboliques sont catalysées et régulées par des enzymes.
4. Les voies dépendent de leur compartiment cellulaire et de l’équipement enzymatique propre aux cellules et aux organes.
5. Les glucides, les lipides et les protéines fournissent des substrats énergétiques utilisés différemment selon les organes.

Métabolisme
Tout être vivant reçoit de l’énergie chimique de l’extérieur et la transforme en énergie chimique, électrique ou mécanique pour son fonctionnement.

: Ensemble de transformations associant, dans l’organisme, un flux d’énergie et un flux de matière.

Le métabolisme énergétique regroupe les réactions chimiques catalysées par des enzymes dans la cellule. Il permet soit d’extraire l’énergie des carburants cellulaires, soit de transformer et de biosynthétiser les constituants cellulaires.

• Le catabolisme dégrade les molécules complexes en molécules plus petites et libère de l’énergie.
• L’anabolisme assemble de petites molécules pour former des molécules complexes et nécessite de l’énergie.

Moyen mnémotechnique : « CAtabolisme = je CAsse » ; le catabolisme démonte les pièces d’un château de Lego. L’anabolisme assemble les pièces pour construire le château.

À retenir : catabolisme–oxydation et anabolisme–réduction. Le repère proposé est « une voyelle avec une consonne » : A/R et C/O.

Le métabolisme associe donc catabolisme et anabolisme.

Les réactions métaboliques sont interconnectées et constituent une carte formée de voies métaboliques. Comme sur une carte de métro, une voie relie des molécules et peut partager des étapes avec d’autres voies.

Voie métabolique : suite ordonnée de réactions chimiques catalysées par des enzymes et accompagnées d’échanges d’énergie.

Les voies métaboliques sont finement régulées par les systèmes nerveux et endocrinien, notamment par les hormones. Elles concernent les molécules glucidiques, lipidiques et les acides aminés.

Métabolite : intermédiaire d’une voie métabolique.

Cycle métabolique : voie métabolique dont la molécule initiale est de nouveau disponible à la fin. Le cycle de Krebs, aussi appelé cycle du citrate, en est un exemple.

Carrefour métabolique : molécule commune à plusieurs voies métaboliques.

Les cellules ont souvent des voies métaboliques communes, mais certaines voies sont spécifiques à des cellules ou à des tissus. La capacité métabolique d’une cellule dépend de son équipement enzymatique.

La comparaison avec une carte de métro aide à retenir les liens entre voies : chaque arrêt représente un métabolite et chaque ligne une voie métabolique. Une molécule A peut mener à une molécule B par des étapes intermédiaires, et plusieurs voies peuvent permettre d’atteindre une même molécule finale.

Homéostasie métabolique : état physiologique dans lequel les concentrations des métabolites sont maintenues constantes pour répondre aux besoins énergétiques, grâce à des mécanismes de régulation.

L’homéostasie est rendue possible par la régulation neuronale et hormonale. Elle correspond à un équilibre dynamique entre les apports énergétiques et les dépenses énergétiques :

• Les apports proviennent de l’alimentation : protéines, lipides et glucides.
• Les carburants apportés sont utilisés ou stockés en fonction des besoins.
• Après un apport important, l’organisme rééquilibre la balance par l’utilisation ou le stockage des nutriments.
• Une activité physique plus importante augmente les besoins énergétiques et nécessite des apports plus importants pour maintenir l’équilibre.

Repère de rappel : quand il y a beaucoup, l’organisme stocke ; quand il manque, il mobilise.

L’équilibre entre apports et dépenses dépend :

• de l’âge : les besoins sont plus importants à l’adolescence ;
• du sexe : ils sont plus importants chez les garçons ;
• du cycle nycthéméral : ils varient selon les heures du jour et de la nuit.

Des apports énergétiques supérieurs aux dépenses favorisent le stockage de l’énergie supplémentaire et peuvent conduire à l’obésité.

Le cerveau, les reins, le foie et le cœur consomment 60 % de l’énergie totale, alors qu’ils représentent seulement 5,5 % du poids corporel.

Les dépenses énergétiques, exprimées en kcal/jour, comprennent :

• le métabolisme de base, au repos ;
• le métabolisme postprandial, après un repas ;
• le métabolisme à l’exercice.

Les nutriments énergétiques sont des polysaccharides, des lipides et des protéines. Leur dégradation catabolique produit de l’énergie chimique, notamment de l’ATP et des coenzymes redox. Les produits terminaux à faible niveau énergétique comprennent le CO₂, l’H₂O et le NH₃.

Les molécules précurseurs comprennent :

• les acides aminés ;
• les monosaccharides ;
• les acides gras ;
• les bases azotées.

L’énergie produite par le catabolisme permet la synthèse de molécules complexes :

• des protéines à partir d’acides aminés ;
• des polysaccharides à partir de monosaccharides ;
• des lipides à partir d’acides gras ;
• des acides nucléiques.

Les protéines alimentaires sont d’abord dégradées en acides aminés. L’organisme utilise ensuite ces acides aminés pour fabriquer les protéines dont il a besoin : les protéines ingérées ne sont pas utilisées telles quelles. L’équilibre dynamique résulte de la synthèse et de la dégradation continues des molécules.

Les réactions cataboliques et anaboliques répondent à des besoins énergétiques constants. L’énergie issue des réactions doit pouvoir être extraite, transformée et transportée. Les mouvements d’énergie et de matière obéissent aux lois de la bioénergétique.

Une réaction thermodynamiquement défavorable peut être rendue possible par couplage à une réaction thermodynamiquement favorable. C’est le couplage énergétique. Le bilan considéré est celui de la voie métabolique complète : la variation totale d’énergie libre d’une série de réactions couplées est égale à la somme des variations d’énergie libre de chaque réaction.

$\Delta G_{\text{totale}}$ représente la variation d’énergie libre de la série de réactions couplées ; chaque $\Delta G_i$ représente la variation d’énergie libre d’une réaction de la série.

Les réactions métaboliques sont catalysées par des enzymes. Elles se répartissent en six types.

• Définition : réactions où une molécule est oxydée par déplacement d’électrons ou d’atomes H qui lui sont arrachés. La réaction est couplée à la réduction d’une autre molécule, qui récupère les électrons ; il s’agit généralement de NAD⁺, de NADP⁺ ou de FAD.
• Enzyme : oxydo-réductase.
• Exemples :
  • oxydase : fixation d’un O ;
  • déshydrogénase : départ de $2e^-$ et de $2H$ ;
  • réductase : fixation de $2e^-$ et de $2H$.

• Définition : formation de liaisons entre deux groupements chimiques en utilisant l’énergie libre produite, souvent, par le clivage de l’ATP.
• Enzyme : ligase.
• Exemple : synthétase.

• Définition : réarrangement de certains atomes au sein d’une molécule, souvent pour la préparer à des réactions ultérieures, comme les réactions d’oxydo-réduction. Ces réarrangements consomment peu d’énergie.
• Enzyme : isomérase.
• Exemple : aucun exemple indiqué.

• Définition : réaction impliquant le transfert d’un groupement chimique.
• Enzyme : transférase.
• Exemple : kinase, qui phosphoryle une molécule par transfert d’un groupement phosphate.
• À distinguer : le phosphate est un groupement ; le phosphore est un atome.

• Définition : clivage de liaisons par addition d’eau, qui fragmente les grosses molécules. Cela facilite leur métabolisme ultérieur ou permet de réutiliser certains constituants pour la biosynthèse.
• Enzyme : hydrolase.
• Exemple : phosphatase, qui déphosphoryle ; c’est la réaction inverse de la kinase.

• Définition : cassure de liaisons covalentes par des moyens autres que l’hydrolyse ou l’oxydation. La réaction forme souvent des doubles liaisons ou des molécules cycliques.
• Enzyme : lyase.
• Exemple : cyclase, qui casse les sucres et les linéarise.

Les enzymes accélèrent les réactions métaboliques et leur activité est régulée : les faire fonctionner toutes en permanence entraînerait une dépense d’énergie inutile. La régulation agit au niveau de l’activité et au niveau de la synthèse des enzymes. Elle répond à des signaux extracellulaires ou intracellulaires.

Une enzyme peut agir seule. Les enzymes catalysent, c’est-à-dire accélèrent, les réactions métaboliques.

Les complexes enzymatiques peuvent être formés de plusieurs sous-unités dissociables ou de domaines multiples au sein d’une même protéine. L’acide gras syntase, impliquée dans la lipogenèse, est un exemple de protéine à domaines multiples.

Un complexe peut aussi réunir plusieurs enzymes :

• des enzymes peuvent être associées à une membrane ;
• des enzymes solubles, isolées, peuvent s’associer dans la cellule ;
• le complexe protéique trifonctionnel de la bêta-oxydation en est un exemple.

La proximité des enzymes facilite l’enchaînement des réactions : les métabolites n’ont pas besoin de diffuser dans la cellule pour rencontrer l’enzyme suivante. Les réactions se déroulent ainsi de manière plus fluide et plus rapide.

L’activité enzymatique peut être activée ou désactivée par :

• la disponibilité ou la concentration en substrats, produits et cofacteurs ;
• des effecteurs allostériques positifs ou négatifs agissant au point de régulation ;
• des modifications covalentes, le plus souvent des phosphorylations ;
• la séquestration de l’enzyme dans un autre compartiment subcellulaire.

Une concentration élevée d’ATP peut, par exemple, bloquer le processus qui le fabrique. Une phosphorylation peut rendre une enzyme active ou inactive ; l’effet dépend de l’enzyme. Les régulations allostériques et covalentes ne sont pas nécessairement associées.

La séquestration empêche l’enzyme de rencontrer les molécules qu’elle transforme. Par exemple, une enzyme qui agit dans le cytoplasme peut être placée dans le noyau lorsqu’elle n’est pas nécessaire. L’analogie de la clé et de la serrure aide à retenir le principe : si la clé est dans une autre pièce, elle ne peut plus interagir avec la serrure.

La synthèse enzymatique est régulée par induction ou répression. Cette régulation intervient au niveau de la transcription en ARN messager et de la traduction en protéine. Empêcher la production d’une enzyme empêche indirectement son activité enzymatique.

Les signaux extracellulaires comprennent :

• le système nerveux, qui permet la régulation neuronale ;
• le système endocrinien, qui permet la régulation hormonale.

Les cellules endocrines synthétisent et sécrètent les hormones dans le sang. Les hormones sont acheminées vers des cellules ou des tissus cibles. Ces cellules expriment, à leur surface ou à l’intérieur, des récepteurs spécifiques qui fixent les hormones et transmettent le signal, ce qui déclenche une réponse.

Les signaux intracellulaires comprennent :

• la concentration en métabolites ;
• la concentration en coenzymes ;
• la concentration en ions ;
• le pH.

La capacité métabolique de la cellule dépend de son équipement enzymatique et de la disponibilité en oxygène. On distingue les voies aérobies, en présence d’oxygène, et les voies anaérobies, en absence d’oxygène. La mitochondrie ne fonctionne qu’en aérobie : les voies métaboliques ne sont donc pas les mêmes dans les deux situations.

Certaines voies sont spécifiques d’un compartiment cellulaire ; d’autres sont pluricompartimentales. Se demander où se déroule une voie fait partie de son repérage.

Certaines voies se déroulent dans plusieurs compartiments :

• l’uréogenèse se déroule dans le cytoplasme et la mitochondrie ;
• la néoglucogenèse se déroule dans le cytoplasme, la mitochondrie et le réticulum endoplasmique (RE).

Les organes ont des voies communes, mais aussi des fonctions et des voies métaboliques spécifiques.

Les substrats énergétiques apportés par l’alimentation sont les glucides, les lipides et les protéines.

Les glucides sont stockés sous forme de glycogène dans toutes les cellules, mais leurs réserves sont principalement présentes dans les muscles et le foie. Le glucose circule librement dans le sang.

• Foie : maintient la glycémie pendant les 24 premières heures de jeûne, à 5,5 mM, soit 1 g/L.
• Muscle : utilise ses réserves pour lui-même, notamment lors d’un exercice physique ; les stocks sont épuisés après 30 minutes d’effort. Le muscle est ainsi un « organe égoïste ».

Les glucides et leurs métabolites circulent sous différentes formes.

Glucose

• Provient de l’alimentation, de la glycogénolyse (GGL) et de la néoglucogenèse (NGG) dans le foie et les reins.
• Maintient la glycémie à 5,5 mM, soit 1 g/L, tout au long de la vie.

Lactate

• Provient du métabolisme du glycogène dans le muscle lors d’un exercice intense en anaérobie.
• Provient aussi du métabolisme du glucose dans les globules rouges, ou érythrocytes, qui ne possèdent pas de mitochondries et produisent leur énergie par glycolyse ; le pyruvate est alors transformé en lactate.
• Est converti en glucose dans le foie.
• Est oxydé dans le cœur.

Glycérol

• Est libéré à partir des triglycérides dans les adipocytes.
• Peut être converti en glucose ou en triglycérides dans le foie, selon la situation énergétique et les besoins physiologiques.

Les lipides représentent la majorité de l’énergie stockée. Les acides gras sont stockés dans le tissu adipeux. Hydrophobes et plus longs à mobiliser que les glucides, ils sont notamment mobilisés lors d’un jeûne prolongé ou après 30 minutes d’effort.

Acides gras (AG)

• Molécules hydrophobes.
• Transportées liées à l’albumine, mais capables de traverser directement la membrane.
• Non consommées par le cerveau, en raison de la barrière hémato-méningée.

Triglycérides (TG)

Les TG sont transportés par des lipoprotéines :

• les chylomicrons sont formés dans l’intestin en période postprandiale, après un repas ; ils transportent les TG exogènes ;
• les VLDL sont produites par le foie ; elles transportent les TG endogènes.

Les acides gras et les triglycérides ont besoin de transporteurs parce qu’ils sont hydrophobes, contrairement au glucose ou au lactate, qui circulent librement.

Corps cétoniques (CC)

• Sont formés exclusivement par le foie à partir des acides gras lors d’un jeûne prolongé.
• Peuvent être consommés par tous les tissus sauf le foie : le foie les produit mais ne les consomme pas.
• Peuvent être oxydés par le cerveau, le rein et le muscle.

Quand le jeûne s’éloigne du repas, le glucose sanguin diminue avec la consommation du glucose exogène. L’organisme mobilise alors le glycogène par glycogénolyse et produit du glucose par néoglucogenèse. En parallèle, les réserves lipidiques sont mobilisées : les acides gras sanguins augmentent, puis la production de corps cétoniques augmente lors du jeûne prolongé.

Les protéines sont digérées en acides aminés (AA). Ceux-ci circulent librement dans le sang et sont utilisés par l’organisme.

• N’a aucune forme de stockage et dépend donc fortement de l’apport en glucose.
• Consomme environ 120 g de glucose par jour, soit 5 à 6 g/h de manière constante.
• Peut utiliser les corps cétoniques en période de jeûne.
• Ne peut pas utiliser les acides gras.
• Est le premier organe desservi en nutriments.

• Possède des réserves de glucides, principalement sous forme de glycogène, et des réserves de lipides.
• Consomme du glucose de manière insulinodépendante.
• Au repos, consomme des acides gras.
• Peut consommer des corps cétoniques en période de jeûne.

• Utilise préférentiellement les acides gras et le lactate ; la LDH H4 intervient dans l’utilisation du lactate.
• Peut consommer des corps cétoniques en période de jeûne.

Les voies relient les substrats alimentaires aux étapes de production d’énergie : le glucose et le glycogène peuvent rejoindre le glucose-6-phosphate puis le pyruvate ; les acides gras sont dégradés par la bêta-oxydation en acétyl-CoA ; les acides aminés peuvent contribuer à la synthèse des protéines tissulaires et à la production de NH₃, ensuite transformé en urée. Le lactate, le pyruvate et l’acétyl-CoA sont reliés aux voies d’oxydation ; le cycle de Krebs produit du CO₂ et des équivalents réducteurs qui alimentent la chaîne de transport des électrons. L’oxygène y est associé à la formation d’eau et à la production d’ATP. Les acides gras peuvent aussi être utilisés dans la lipogenèse.

Digestion : fragmentation des molécules complexes alimentaires en petites molécules absorbables par les cellules intestinales.

Les glucides, les lipides et les protéines ne peuvent pas être utilisés tels quels. Après leur digestion dans le tractus digestif, les petites molécules traversent les entérocytes, puis rejoignent la circulation pour être distribuées aux cellules de l’organisme. Les protéines de l’organisme peuvent également être dégradées pour répondre aux besoins cellulaires.

La digestion libère notamment des monosaccharides, des acides gras et des acides aminés. Aucune énergie utilisable n’est captée pendant la digestion : l’énergie est produite ensuite, lorsque les cellules dégradent ces petites molécules, notamment jusqu’à l’acétyl-CoA.

1. Phase 1 : hydrolyse des macromolécules. Les protéines donnent des acides aminés, les polysaccharides des monosaccharides et les lipides des acides gras.
2. Phase 2 : dégradation en acétyl-CoA.
3. Phase 3 : oxydation de l’acétyl-CoA par le cycle des citrates, puis phosphorylation oxydative, avec production d’ATP et de CO₂.

La digestion rend donc les nutriments disponibles ; leur dégradation ultérieure dans les cellules permet de produire de l’énergie.

La majorité des glucides alimentaires sont des polysaccharides. L’amidon représente 50 % des apports glucidiques. La réserve glucidique des végétaux est l’amidon ; celle des animaux est le glycogène.

La digestion suit deux étapes :

1. Amylases salivaires et pancréatiques : elles coupent les polysaccharides en disaccharides, notamment maltose, lactose et saccharose.
2. Enzymes intestinales : elles clivent les disaccharides en monosaccharides.

Seuls les monosaccharides glucose, galactose et fructose sont absorbables par l’intestin.

Mémo M-L-S : maltose = glucose + glucose ; lactose = glucose + galactose ; saccharose = glucose + fructose. Le maltose donne donc deux molécules de glucose.

Les monosaccharides sont hydrophiles et lipophobes : ils ne peuvent pas entrer seuls dans les entérocytes et ont besoin de transporteurs.

• SGLT-1 fait entrer le glucose et le galactose dans l’entérocyte avec un ion Na⁺. Il s’agit d’un cotransport utilisant le gradient électrochimique du sodium, entretenu par la pompe Na⁺/K⁺-ATPase : c’est un transport secondairement actif.
• La Na⁺/K⁺-ATPase consomme de l’ATP et échange 3 Na⁺ contre 2 K⁺.
• GLUT5 fait entrer le fructose dans l’entérocyte. Cet isoforme est spécifique du fructose.
• Les monosaccharides rejoignent ensuite la circulation sanguine par GLUT1 ou GLUT2.

Les transporteurs GLUT n’utilisent pas d’ATP : leur transport est passif. Ils peuvent faire entrer ou sortir les monosaccharides selon le gradient chimique.

Mémo transport intestinal : SGLT-1 fait entrer le glucose et le galactose avec Na⁺ ; GLUT5 fait entrer le fructose ; GLUT1 ou GLUT2 permettent le passage vers le sang.

Les isoformes GLUT sont exprimés dans différents tissus et présentent des spécificités de substrat. Leurs propriétés comprennent le $K_m$, associé ici à la capacité, et l’affinité, inversement proportionnelle au $K_m$.

Un transporteur à forte affinité reconnaît fortement son substrat. Le GLUT5, par exemple, a une forte affinité pour le fructose et une faible capacité.

Mémo : GLUT2 est l’exception du tableau : faible affinité et haute capacité. Les autres isoformes présentés ont une haute affinité et une faible capacité.

L’objectif est de maintenir un apport de glucose constant et suffisant aux tissus qui en dépendent, en particulier le cerveau et les érythrocytes.

• Période d’apport important : le glucose est consommé et stocké par glycogénogenèse ; la lipogenèse intervient lorsque les stocks de glycogène sont pleins.
• Période de carence : l’organisme mobilise les réserves par glycogénolyse et produit du glucose de novo par néoglucogenèse.

Les phases 1 à 3 s’inscrivent dans une chronologie en heures, puis la phase de jeûne prolongé dans une chronologie en jours. Le schéma indique également les repères de 5–8 et de 16–18.

Au jeûne prolongé, le glucose est réservé au cerveau, aux hématies et à la médullaire rénale.

Repère de rappel : apport important → stockage ; carence → glycogénolyse et néoglucogenèse. La cétogenèse hépatique est indiquée au cours du jeûne prolongé.

Environ 90 % des graisses alimentaires sont des triglycérides (TG). L’alimentation apporte également du cholestérol, des esters de cholestérol, des phospholipides et des acides gras libres. La digestion des TG dépend notamment de la longueur de leur chaîne aliphatique.

Les lipides sont hydrophobes. Les TG à chaînes courtes et moyennes sont hydrolysés dans l’estomac par les lipases linguales et gastriques, qui fonctionnent en milieu acide et libèrent des acides gras. Les TG à chaîne longue sont digérés dans l’intestin grêle avec l’aide des sels biliaires et des lipases pancréatiques et intestinales.

Mémo : chaînes courtes et moyennes → lipases linguale et gastrique ; chaînes longues → sels biliaires et lipases intestinales et pancréatiques.

Les sels biliaires, aussi appelés acides biliaires, sont synthétisés par le foie. Ce sont des composés amphipathiques : ils possèdent une partie hydrophile et une partie hydrophobe. Ils agissent comme des détergents biologiques et favorisent l’émulsification des lipides et la formation de micelles mixtes. Cette dispersion facilite l’action des lipases.

Un TG comprend un glycérol et trois acides gras. Les lipases pancréatiques libèrent les acides gras attachés en C1 et C3, en laissant un 2-monoacylglycérol dont l’acide gras reste attaché en C2. La lipase intestinale hydrolyse ensuite la liaison en C2 et libère le dernier acide gras et le glycérol.

1. Les lipases produisent des 2-monoacylglycérols, des acides gras libres, du glycérol et du cholestérol.
2. Ces produits traversent par diffusion la membrane apicale des entérocytes ; ils n’ont pas besoin de transporteurs pour cette entrée.
3. Dans l’entérocyte, les acides gras sont réestérifiés en TG après l’action des thiokinases et des acyltransférases.
4. Les TG sont empaquetés avec des protéines, des phospholipides et des esters de cholestérol pour former des chylomicrons.
5. Les chylomicrons transportent les TG vers la circulation sanguine en passant par la lymphe.

Les TG hydrophobes ne circulent pas librement dans le milieu aqueux sanguin : ils sont transportés dans les chylomicrons. Les acides gras ne circulent pas non plus librement dans le sang et sont transportés par l’albumine. Les acides gras à chaînes courtes ou moyennes peuvent toutefois rejoindre directement la circulation sanguine depuis l’intestin, sans chylomicrons.

L’objectif est de maintenir un apport énergétique suffisant par rapport aux besoins en glucose des tissus qui dépendent de ce sucre.

• En période d’apport important :
  • Transport et stockage par les lipoprotéines et les gouttelettes lipidiques.
  • Reconstitution des réserves par la lipogenèse.
• En période de carence :
  • Mobilisation des réserves par la lipolyse.
  • Épargne du glucose par l’utilisation de substrats de remplacement, avec la cétogenèse.

Digestion des protéines EXOGÈNES ( = alimentaires )

Les protéines alimentaires sont d’abord digérées dans l’estomac par la pepsine, à pH acide. Elles donnent des polypeptides et des acides aminés. Dans l’intestin, les enzymes pancréatiques agissent à pH neutre : trypsine, chymotrypsine, élastase et carboxypeptidase produisent des oligopeptides et des acides aminés. Les aminopeptidases libèrent ensuite des acides aminés.

Seuls les acides aminés sont absorbés par les cellules intestinales, puis libérés dans la circulation sanguine et utilisés par les cellules.

Mémo de l’ordre des enzymes : estomac — pepsine ; pancréas — trypsine, chymotrypsine, élastase, carboxypeptidase ; intestin — aminopeptidases.

Digestion des protéines ENDOGÈNES

La dégradation des protéines endogènes est la protéolyse. Elle dépend notamment de leur demi-vie, qui peut aller de quelques minutes à plusieurs jours.

La faible demi-vie de l’insuline peut poser problème dans les traitements à l’insuline qui nécessitent une action prolongée. La dégradation des protéines endogènes est contrôlée et affectée par l’état nutritionnel.

Dégradation lysosomiale

Les lysosomes sont de petits organites considérés comme « l’estomac » de la cellule. Ils contiennent notamment des hydrolases, qui dégradent les protéines de façon non sélective.

HÉTÉROphagie : dégradation de protéines extracellulaires.

AUTOphagie : dégradation de protéines intracellulaires.

Dégradation protéasomique

Le protéasome dégrade les protéines de façon sélective. Les protéines destinées à être dégradées doivent d’abord être étiquetées par une modification post-traductionnelle : une ou plusieurs molécules d’ubiquitine leur sont ajoutées. Cette ubiquitination consomme de l’ATP.

1. Une ou plusieurs molécules d’ubiquitine sont ajoutées à la protéine.
2. La protéine étiquetée est adressée au protéasome et reconnue.
3. La protéine est dégradée au niveau du cœur protéolytique ATP-dépendant.
4. Des fragments peptidiques sont libérés, puis dégradés complètement en acides aminés par des protéases non spécifiques.
5. Les molécules d’ubiquitine sont libérées et peuvent être réutilisées.

Repère : lysosome = dégradation non sélective ; protéasome = dégradation sélective après étiquetage par l’ubiquitine.

Les protéines sont continuellement renouvelées : elles sont dégradées et synthétisées, ce qui entretient un pool d’acides aminés dans la cellule. Les apports en acides aminés proviennent de la digestion des protéines alimentaires et d’intermédiaires du métabolisme permettant la synthèse des acides aminés non essentiels, que l’organisme peut produire. Le schéma indique un renouvellement des protéines du corps de 400 g/j et une variation nulle lors du jeûne et après un repas hyperprotéique.

Les acides aminés ont plusieurs devenirs :

• Synthèse de protéines à partir du pool d’acides aminés.
• Synthèse d’autres molécules : porphyrines, créatine, neurotransmetteurs, purines, pyrimidines et autres composés azotés.
• Production de glucose à partir des acides aminés glucoformateurs, aussi appelés glucogènes.
• Production de corps cétoniques à partir des acides aminés cétoformateurs, aussi appelés cétogènes.
• Dégradation complète jusqu’au CO₂ et à l’H₂O, avec production d’énergie.

Le renouvellement protéique implique donc un équilibre constant entre la synthèse et la dégradation ; les acides aminés peuvent aussi servir à produire d’autres molécules ou à contribuer à la production d’énergie.