📘 Biochimie structurale et métabolique

🔎 Points-clés rapides

• Anabolisme vs Catabolisme : anabolisme = synthèse de macromolécules; catabolisme = dégradation générant de l’ATP.
• Acétyl-CoA est le nœud central du métabolisme des lipides et des glucides.
• β-oxydation = dégradation oxydative des acides gras en Acétyl‑CoA; voie mitochondriale (cycle de Lynen).
• Cétogenèse = production de corps cétoniques en jeûne; cerveau peut les utiliser comme carburant après quelques jours.
• Glycolyse et glycolyse aérobie/anaérobie : glucose → pyruvate ; NADH et ATP produits; ensuite pyruvate → Acétyl‑CoA via PDH ou réduction en lactate/éthanol selon l’oxygène.
• Voie des pentoses phosphates : fournit NADPH et ribose-5-phosphate pour biosynthèses (lipides, nucléotides).
• Protéines et AA : 20 AA protéinogènes; 9 essentiels chez l’adulte; transamination et cycle de l’urée impliqués dans l’azote.
• Cholestérol : LDL = transporteur du cholestérol; HDL = retour au foie; biosynthèse enzymatique en 5 étapes à partir d’Acétyl‑CoA.

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💊 Généralités sur les lipides

• Lipides = molécules peu solubles dans l’eau; transport par lipoprotéines.
• Rôles principaux : énergie (9 kcal/g pour les acides gras), structure membranaire, réserve.
• Généralités structurelles : acides gras saturés/insaturés; chaînes C varient typiquement de 12 à 18+ carbones; doubles liaisons éventuelles (Δ ou ω).
• Acide gras saturés principaux: Palmitique (C16:0), Stéarique (C18:0).
• Acides gras insaturés: Oléique (C18:1, ω-9); Linoléique (C18:2, ω-6); α-linolénique (C18:3, ω-3); exemples ω-notation: ω-7, ω-9, ω-6, ω-3 selon le carbone terminal.
• Familles et nomenclature (extraits):

  Carbone	Nom usuel	Abrév. biochimie	Nomenclature IUPAC	Nomenclature physiologique
  16	Palmitique	C16:0	C16:0	ω-7 (pour certains mono-insaturés C16:1)
  18	stéarique	C18:0	C18:0	ω-9 (pour les insaturés typés)

• Digestion et absorption des lipides et métabolisme des AGs évoqués mais non détaillés ici.

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🔄 β-oxydation des acides gras

• Voie oxydative intra-mitochondriale des acides gras en Acétyl‑CoA; commence au carbone β (3e carbone à partir de COOH).
• Chemin: Acyl‑CoA saturé → cycle de 4 réac­tions → Acétyl‑CoA et réducteurs (NADH, FADH2).
• En pratique: acyl-CoA traverse la membrane mitochondriale sous forme d’acyl‑carnitine via carnitine transport system (cycle de la Carnitine).
• Localisation: mitochondries; aussi peroxysomes pour AGs > 18 C.

Étapes préliminaires

• I. Activation des AGs:
  • R‑CH2‑COOH + 2 ATP + HSCoA → R‑CH2‑CO–SCoA + 2 AMP + 2 PPi; enzyme: Acyl‑CoA synthétase.
• II. Transfert intra-mitochondrial: acyl‑CoA → acyl‑carnitine → translocase → reformé en acyl‑CoA.
• Passage >12C nécessite carnitine; ≤12C passe directement.

Réaction 1 (saturé) – cycle de Lynen

• Déshydrogénation; Hydratation; Déshydrogénation de l’hydroxyacyl‑CoA; Clivage du cétoacyl‑CoA.
• Répétition du cycle jusqu’à obtenir des Acétyl‑CoA.

Bilan (par acide gras n carbones)

• Pour acide gras pair (n):
  • Tours: (n/2) − 1
  • NADH,H+: (n/2) − 1
  • FADH2: (n/2) − 1
  • Acétyl‑CoA: n/2
• Bilan énergétique global (palmitate C16:0):
  • Activation: −2 ATP
  • FADH2: 7 × 2 ATP = 14 ATP
  • NADH,H+: 7 × 3 ATP = 21 ATP
  • Acétyl‑CoA dans Krebs: 8 × 12 = 96 ATP
  • Total: 129 ATP (pour 1 palmitate); ajustements: −2 ATP net.
• Pour AGs impairs: inclut 1 Propionyl‑CoA et réarrangements; ATP bilan modifié selon les produits.

Bilan global de l’oxydation du glucose et du NADH/NADH+H+

• Chaque Acétyl‑CoA oxydé dans le cycle de Krebs donne: 1 ATP (GTP équiv.) + 3 NADH + 1 FADH2.
• Réoxydation sur chaîne respiratoire: NADH → 3 ATP; FADH2 → 2 ATP.

Cas spécial – AGs très longues chaînes (≥ 19) et insaturations

• AGs à longue chaîne: raccourcissement par peroxydases dans les peroxysomes; ensuite mitochondries.
• AGs insaturés: isomérases et réarrangements spécifiques selon la position des doubles liaisons (Δ ou ω).

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🧬 Métabolisme de l’acétyl‑CoA et cycle de Krebs

• Après β-oxydation, l’Acétyl‑CoA entre dans le cycle de Krebs (mitochondrien).
• Objectif: produire des coenzymes réduites utilisées par la chaîne respiratoire.
• Dans les périodes de jeûne: utilisation accrue du NADH/H+ et activation du cycle de Krebs; grande proportion d’Acétyl‑CoA → cétogenèse en foie.

Cycle de Krebs (résumé)

• Réaction clé: Acétyl‑CoA + oxaloacétate → citrate → (8 réac­tions) → CO2 et réoxydation des coenzymes.
• Consommations et productions: 2 C d’Acétyl‑CoA → CO2; regeneration de l’oxaloacétate.

Cétogenèse

• En jeûne prolongé: cerveau tire une part importante de son énergie des corps cétoniques (acétoacétate, β-hydroxybutyrate).
• Après 3 jours: ~1/3 de l’énergie cérébrale via corps cétoniques; après 40 jours: ~70%.
• Le seul produit majeur: acétone éliminée par les poumons; acétoacétate et β-hydroxybutyrate servent de carburants.
• Attention: excès peut causer acidose métabolique et coma.
• Halles: odeur d’acétone dans l’haleine des diabétiques type II due à les corps cétoniques.

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🧪 Synthèse des acides gras

• Trois processus enzymatiques: Activation, Élongation, Désaturation (désaturases).
• Voies: intra-mitochondriale (Lynen) et cytosolique (Wakil); synthèse palmitate (C16:0) et extension à C24/C26 via elongases; désaturation via microsomes (RE).
• Transport et cofacteurs: cycles de carnitine pour l’entrée mitochondriale; remplacement de ACP par CoA comme porte-molecule au cours du transport.
• L’équilibre entre oxydation et synthèse est régulé et réversible selon l’énergie cellulaire.

Synthèse du palmitate (résumé)

• Voie cytosolique (voie Wakil): acétyl‑CoA → palmitate par complexe d’acide gras synthétase; nécessite l’Acétyl‑CoA et des cofactors Δ.
• Voie mitochondriale (Lynen): extention mitochondriale (C16 → C24); désaturation microsomale (RE).

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🧭 Métabolisme du cholestérol

• Cholestérol corporel = libre (1/3) et estérifié (2/3); synthétisé à partir d’Acétyl‑CoA et excrété dans la bile sous forme de cholestérol ou sels biliaires.
• Précurseur de stéroïdes: corticoïdes, hormones sexuelles, acides biliaires, vitamine D.
• LDL: transporte le cholestérol du foie vers les cellules; HDL: ramène le cholestérol oxydé vers le foie ("bon" cholestérol).
• Taux sanguins idéaux (valeurs indicatives):
  • Cholestérol total < 2 g/L
  • HDL-c > 0.4 g/L (H) / > 0.5 g/L (F)
  • LDL-c < 1.0–1.3 g/L (à adapter au risque)
  • Triglycérides < 1.5 g/L
• Biosynthèse du cholesterol (5 étapes)
  1. Acétyl‑CoA → mévalonate
  2. Mévalonate → isopentyl pyrophosphate
  3. Isomérisation et condensation en IPP
  4. Farnesyl pyrophosphate → squalène
  5. Cyclisation et formation du cholestérol

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🧬 Protéines et métabolisme des AA

• Protéines: macromolécules constituées de C, H, N et O; présence possible de S, P, Fe, Zn, Cu. 20 AA protéinogènes; liaison peptidique; structures primaire, secondaire (hélice α, feuillet β), tertiaire et quaternaire.
• Qualité nutritionnelle: AA essentiels (9 chez l’adulte): Lys, Trp, Val, Leu, Isole, Phe, Thr, Met, His.
• AA conditionnellement essentiels: Gln, Arg.
• AA non essentiels synthétisés par l’organisme; voies de biosynthèse liées au cycle de Krebs (pyruvate, oxaloacétate, α‑cétoglutarate).
• Transamination et Désamination oxydative: échanges d’azote via aminotransférases; cycle de l’urée.
• Proline est un iminoacide; sérine → glycine et cystéine; arginine synthétisé à partir d’ornithine via la voie de biosynthèse des AA.
• Liaisons et arguments: les peptides sont nommés selon l’ordre de leurs AA; extrémité N-terminal et C-terminal.

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🔬 Néoglucogenèse et glycolyse (glucides)

• Métabolisme des glucides: glycolyse (Embden–Meyerhof), voie des pentoses phosphates, voie du 2,3-DPG, glycogénogenèse, néoglucogenèse, glycogénolyse.
• Glycolyse (cytosol): Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O. Transport du glucose dans la cellule par les transporteurs GLUT (GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5).
• Glycolyse aérobie: 2 ATP et 2 NADH + 2 pyruvates; pyruvate → Acétyl‑CoA via pyruvate déshydrogénase (PDH) et entrée dans le cycle de Krebs; respiration complète → CO2 et H2O.
• Glycolyse anaérobie: sans O2, pyruvate peut être réduit en lactate (fermentation lactique) ou en éthanol (fermentation alcoolique chez les levures); production d’ATP sans mitochondries.
• Devenir du pyruvate:
  • Aérobie: Pyruvate → Acétyl‑CoA (PDH) → Cycle de Krebs → chaîne respiratoire.
  • Anaérobie: Pyruvate → Lactate ou Ethanol selon l’organisme.
• Bilan énergétique aérobie global: ~38 ATP par molécule de glucose (théorique: 2 ATP glycolyse + 2 ATP de glycolyse + 2 NADH + 6 NADH + 2FADH2 + 2 ATP par NADH/FADH2 dans chaîne respiratoire; valeurs en pratique variables).
• Voie des pentoses phosphates: segment oxydatif produit NADPH et CO2; segment non oxydatif produit ribose-5-phosphate et interconversions des pentoses.
• Néoglucogenèse: 2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O → glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+.

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🧪 Travaux dirigés et applications (résumé mémoire)

• β-oxydation et cycles associées, bilans énergétiques (palmitate 129 ATP), importance du cycle de Krebs.
• Rôles des acides gras essentiels (ω-3 et ω-6): ALA (C18:3 ω-3), LA (C18:2 ω-6).
• Hypothèses sur le cholestérol sanguin: LDL vs HDL; « mauvais » et « bon » cholestérol; réduction par alimentation et exercice.

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🔎 Règles de mémorisation et ancrage

• Ancrage visuel: associer les termes clés à des diagrammes (β-oxydation, cycle de Krebs, cétogenèse, glycolyse).
• Ancrage numérique: palmitate = 129 ATP (détailler les contributions).
• Ancrage terminologique: distinguer les niveaux d’organisation des protéines (primaire → quaternaire) et les voies métaboliques (glycolyse, pentoses, néoglucogenèse).