7. N UTRITION ET CROISSANCE DES CELLULES.U TILISATION DES MÉTABOLITES 175
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
1.2.1. G LYCOLYSE ET SYNTHÈSE DES ACIDES AMINÉS
Les 20 acides aminés des protéines sont synthétisés grâce à autant de chaînes de biosynthèse différentes, dont beaucoup sont extrêmement
complexes et ne peuvent être décrites ici. Certaines
d’entre elles utilisent comme précurseurs carbonés
des intermédiaires de la glycolyse, ainsi que l’acide
pyruvique. L’acide 3-phosphoglycérique, par
exemple, est à la base de la fabrication de la sérine
et du glycocolle. De même, le phosphoénolpyruvate est à l’origine des acides aminés aromatiques
(tyrosine, phénylalanine et tryptophane). Enfin,
l’acide pyruvique permet la synthèse de l’alanine,
de la valine, de la leucine et de l’isoleucine. La localisation cellulaire de ces voies est partiellement ou
totalement hyaloplasmique.
Le cycle de Krebs, qui sera étudié dans le chapitre 10, est à la fois la plaque tournante du
catabolisme et le fournisseur des métabolites servant à fabriquer tous les autres acides aminés, en
particulier grâce à deux de ses intermédiaires : les
acides α cétoglutarique et oxaloacétique. Le premier est particulièrement important, car il est le
seul composé qui permette, chez les Animaux, une
fixation directe de NH4
+
sur un chaînon carboné,
en donnant l’acide glutamique. Ce dernier sert de
donneur de groupe aminé et est à l’origine directe
ou indirecte (par transamination :t ransfert de son
NH 3 sur un acide α cétonique) de tous les acides
aminés, y compris ceux utilisant les précurseurs de
la glycolyse signalés plus haut.
1.2.2. G LUCONÉOGENÈSE
Un bon exemple de collaboration métabolique
entre compartiments cellulaires, et d’intégration
des activités chimiques dans la cellule est celui de
la synthèse de glucose à partir de précurseurs non
glucidiques, ou gluconéogenèse ; celle-ci implique
en effet le fonctionnement conjoint de la glycolyse
et du cycle de Krebs. Chez les Vertébrés, cette voie
se déroule surtout dans le foie et à un moindre
degré dans les reins. Chez l’Homme, les réserves
glucidiques (glucose circulant et glycogène hépatique) sont suffisantes pour permettre un seul jour
de jeûne glucidique. Sachant que le cerveau est le
tissu qui consomme le plus de glucose, il faut absolument, au-delà de cette durée, que ce nutriment
soit fabriqué à partir de sources non glucidiques.
Bien que la gluconéogenèse soit définie comme
la voie convertissant le pyruvate en glucose,
d’autres points d’entrée sont possibles le long de
celle-ci. Chez les Animaux, les principales molécules qui l’alimentent sont : le glycérol, l’acide lactique et surtout les acides aminés. L’origine de ces
métabolites est la suivante : 1) Ie glycérol, qui est
issu de l’hydrolyse des triglycérides, est oxydé en
dihydroxyacétone-P (intermédiaire de la glycolyse) ; 2) le lactate d’origine fermentaire (dans les
muscles, par exemple), est converti en pyruvate
par oxydation, au cours d’une réaction inverse de
celle de la fermentation ; s’il n’était pas ainsi métabolisé, ce composé serait un cul-de-sac de l’activité
cellulaire ; 3) la plupart des acides aminés peuvent
être également transformés en pyruvate ou oxaloacétate, à la suite de transaminations. Chez certains
Végétaux, il existe une possibilité d’utiliser les
lipides pour fabriquer des sucres, grâce à la gluconéogenèse (voir chapitre 10).
Chez les hétérotrophes, les acides aminés apportés en excès par l’alimentation (par rapport aux
besoins liés à la synthèse des protéines) ne peuvent faire l’objet d’un stockage, comme c’est le cas
pour les glucides ou les lipides (voir plus loin).
N’étant pas non plus excrétés, ils sont en fait
d’abord désaminés (par transamination) et convertis en chaînons carbonés qui rejoignent les voies
du catabolisme (voir chapitre 10). Par ailleurs,
toutes les cellules renouvellent en permanence
leurs protéines et fournissent ainsi des acides aminés libres, dont une partie est dirigée vers la gluconéogenèse, en cas de jeûne glucidique. Les points
d’entrée des chaînons dérivés des acides aminés
sont multiples, et situés aussi bien dans la glycolyse que dans le cycle de Krebs (voir la figure 7.4).
Au plan biochimique, et en simplifiant, deux
points importants sont à retenir :
–la gluconéogenèse n’est pas «l’inverse» de la glycolyse ; il existe en effet le long de celle-ci des
réactions pratiquement irréversibles qu’il faut
contourner (réactions n° 1, 3 et 9 du schéma de la
figure 7.1). Pour être thermodynamiquement possible, la conversion du pyruvate en glucose
exige, au total, la consommation de deux molécules riches en énergie : 1GTP et 1ATP ;
–le passage du pyruvate au phosphoénolpyruvate
implique l’intervention des mitochondries à
deux niveaux : la réaction : pyruvate → oxaloacétate, et le fonctionnement à rebours du cycle
de Krebs au niveau de l’étape : NADH +oxaloacétate ↔ malate. Des transporteurs spécifiques
de la membrane mitochondriale interne inter-
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
1.2.1. G LYCOLYSE ET SYNTHÈSE DES ACIDES AMINÉS
Les 20 acides aminés des protéines sont synthétisés grâce à autant de chaînes de biosynthèse différentes, dont beaucoup sont extrêmement
complexes et ne peuvent être décrites ici. Certaines
d’entre elles utilisent comme précurseurs carbonés
des intermédiaires de la glycolyse, ainsi que l’acide
pyruvique. L’acide 3-phosphoglycérique, par
exemple, est à la base de la fabrication de la sérine
et du glycocolle. De même, le phosphoénolpyruvate est à l’origine des acides aminés aromatiques
(tyrosine, phénylalanine et tryptophane). Enfin,
l’acide pyruvique permet la synthèse de l’alanine,
de la valine, de la leucine et de l’isoleucine. La localisation cellulaire de ces voies est partiellement ou
totalement hyaloplasmique.
Le cycle de Krebs, qui sera étudié dans le chapitre 10, est à la fois la plaque tournante du
catabolisme et le fournisseur des métabolites servant à fabriquer tous les autres acides aminés, en
particulier grâce à deux de ses intermédiaires : les
acides α cétoglutarique et oxaloacétique. Le premier est particulièrement important, car il est le
seul composé qui permette, chez les Animaux, une
fixation directe de NH4
+
sur un chaînon carboné,
en donnant l’acide glutamique. Ce dernier sert de
donneur de groupe aminé et est à l’origine directe
ou indirecte (par transamination :t ransfert de son
NH 3 sur un acide α cétonique) de tous les acides
aminés, y compris ceux utilisant les précurseurs de
la glycolyse signalés plus haut.
1.2.2. G LUCONÉOGENÈSE
Un bon exemple de collaboration métabolique
entre compartiments cellulaires, et d’intégration
des activités chimiques dans la cellule est celui de
la synthèse de glucose à partir de précurseurs non
glucidiques, ou gluconéogenèse ; celle-ci implique
en effet le fonctionnement conjoint de la glycolyse
et du cycle de Krebs. Chez les Vertébrés, cette voie
se déroule surtout dans le foie et à un moindre
degré dans les reins. Chez l’Homme, les réserves
glucidiques (glucose circulant et glycogène hépatique) sont suffisantes pour permettre un seul jour
de jeûne glucidique. Sachant que le cerveau est le
tissu qui consomme le plus de glucose, il faut absolument, au-delà de cette durée, que ce nutriment
soit fabriqué à partir de sources non glucidiques.
Bien que la gluconéogenèse soit définie comme
la voie convertissant le pyruvate en glucose,
d’autres points d’entrée sont possibles le long de
celle-ci. Chez les Animaux, les principales molécules qui l’alimentent sont : le glycérol, l’acide lactique et surtout les acides aminés. L’origine de ces
métabolites est la suivante : 1) Ie glycérol, qui est
issu de l’hydrolyse des triglycérides, est oxydé en
dihydroxyacétone-P (intermédiaire de la glycolyse) ; 2) le lactate d’origine fermentaire (dans les
muscles, par exemple), est converti en pyruvate
par oxydation, au cours d’une réaction inverse de
celle de la fermentation ; s’il n’était pas ainsi métabolisé, ce composé serait un cul-de-sac de l’activité
cellulaire ; 3) la plupart des acides aminés peuvent
être également transformés en pyruvate ou oxaloacétate, à la suite de transaminations. Chez certains
Végétaux, il existe une possibilité d’utiliser les
lipides pour fabriquer des sucres, grâce à la gluconéogenèse (voir chapitre 10).
Chez les hétérotrophes, les acides aminés apportés en excès par l’alimentation (par rapport aux
besoins liés à la synthèse des protéines) ne peuvent faire l’objet d’un stockage, comme c’est le cas
pour les glucides ou les lipides (voir plus loin).
N’étant pas non plus excrétés, ils sont en fait
d’abord désaminés (par transamination) et convertis en chaînons carbonés qui rejoignent les voies
du catabolisme (voir chapitre 10). Par ailleurs,
toutes les cellules renouvellent en permanence
leurs protéines et fournissent ainsi des acides aminés libres, dont une partie est dirigée vers la gluconéogenèse, en cas de jeûne glucidique. Les points
d’entrée des chaînons dérivés des acides aminés
sont multiples, et situés aussi bien dans la glycolyse que dans le cycle de Krebs (voir la figure 7.4).
Au plan biochimique, et en simplifiant, deux
points importants sont à retenir :
–la gluconéogenèse n’est pas «l’inverse» de la glycolyse ; il existe en effet le long de celle-ci des
réactions pratiquement irréversibles qu’il faut
contourner (réactions n° 1, 3 et 9 du schéma de la
figure 7.1). Pour être thermodynamiquement possible, la conversion du pyruvate en glucose
exige, au total, la consommation de deux molécules riches en énergie : 1GTP et 1ATP ;
–le passage du pyruvate au phosphoénolpyruvate
implique l’intervention des mitochondries à
deux niveaux : la réaction : pyruvate → oxaloacétate, et le fonctionnement à rebours du cycle
de Krebs au niveau de l’étape : NADH +oxaloacétate ↔ malate. Des transporteurs spécifiques
de la membrane mitochondriale interne inter-