Metabolisme Cours2:Metabolisme - lism.cnrs-mrs.fr · Metabolisme:unevisionglobale (BTS15.1) Grandes Molécules Petites Molécules Petits molécules de couplage ATP et NADH Catabolisme

Metabolisme

Cours 2 : Metabolisme

Métabolism comme une cycledes voies métaboliquesune voie anabolique (synthèse d’ARN)une voie catabolique (fermentation alcoolique)integration dans la cellule

J.N. Sturgis (AMU) ENSBI3U1L Septembre 2018 26 / 176

Métabolisme Vision globale

Metabolisme : une vision globale (BTS 15.1)

une cycle moléculaire

Le métabolisme met enopposition :

l’anabolisme, constructive ;et le catabolisme, déstructive.

Il contient l’ensemble desréactions chimique d’uneorganisme vivante.Il est très bien régulé et controlédans le vivant.











GrandesMolécules

PetitesMolécules

Petits moléculesde couplageATP et NADH

Catabolisme

Macromolécules

Monomères

ADN/ARNProtéines Lipides

Polysaccharides

NucleotidesAcides aminés

GlucidesAcides gras

Petites molécules

CO2

Anabolisme

Macromolécules

Monomères


Polysaccharides


GlucidesAcides gras

Petites molécules

CO2







Metabolisme : organization cellulaire

GrandesMolécules

PetitesMolécules

Petits moléculesde couplageATP et NADH

Catabolisme

Macromolécules

Monomères


Polysaccharides


GlucidesAcides gras

Petites molécules

CO2

Anabolisme

Macromolécules

Monomères


Polysaccharides


GlucidesAcides gras

Petites molécules

CO2

Différents compartiments de lacellule sont spécialisé dansdifferents parties dumétabolisme.De plus les différentscompartiments ne sont pashomogènes.Dans la cellule ce n’est pas unesoupe ou tout est fait n’importeou c’est tres organisé labiochimie du noyau et du golgisont différentes.



Metabolisme : Voies métabolique

Les réactions chimiques du métabolisme sont organisées en “voiemétabolique”.C’est une simplification utile, qui permet a comprendre les réactionsdans leur contexte cellulaire.En premier lieu on va regarder une voir anabolique (synthese denucleotides) et une autre catabolique (fermentation en alcool).


Métabolisme Anabolisme

Metabolisme : Une Voie Anabolique (BTS 25.1, 25.2)

Au depart des substrats et àl’arrive des produits.

Plusieurs réactions chimiques,chaque réaction est “simple” etdemande une enzyme.Beaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

ARNGlucoseAcide ribonucleaique




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,

chaque réaction est “simple” etdemande une enzyme.Beaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

ARN

Glucose

Acide ribonucleaique

PRPPPhosphoRibosylPyroPhosphate

AMP

GMP

UMP

ADP

GDP

UDP

ATP

GTP

UTP

CTP

Adenine

Guanine

Uracil

Ribose-5-Phosphate

Glucose-6-Phosphate

6-Phosphogluconate

Ribulose-5-Phosphate

PPi

PPi

PPi

NADP+ NADPH

NADP+ NADPH + CO2




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,chaque réaction est “simple” etdemande une enzyme.

Beaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

ARN

Glucose



AMP

GMP

UMP

ADP

GDP

UDP

ATP

GTP

UTP

CTP

Adenine

Guanine

Uracil

Ribose-5-Phosphate

Glucose-6-Phosphate

6-Phosphogluconate


PPi

PPi

PPi

NADP+ NADPH

NADP+ NADPH + CO2




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,chaque réaction est “simple” etdemande une enzyme.Beaucoup de utilisation d’ATP.

Beaucoup de composéesphosphorylées.

ARN

Glucose



AMP

GMP

UMP

ADP

GDP

UDP

ATP

GTP

UTP

CTP

Adenine

Guanine

Uracil

Ribose-5-Phosphate

Glucose-6-Phosphate

6-Phosphogluconate


PPi

PPi

PPi

AMP

ATP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATPADP

ATP

ADP

NADP+ NADPH

NADP+ NADPH + CO2




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,chaque réaction est “simple” etdemande une enzyme.Beaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

ARN

Glucose



AMP

GMP

UMP

ADP

GDP

UDP

ATP

GTP

UTP

CTP

Adenine

Guanine

Uracil

Ribose-5-Phosphate

Glucose-6-Phosphate

6-Phosphogluconate


PPi

PPi

PPi

AMP

ATP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATP

ADP

ATPADP

ATP

ADP

NADP+ NADPH

NADP+ NADPH + CO2


Métabolisme Catabolisme

Metabolisme : Une Voie Catabolique (BTS 16.1)

Au depart des substrats et àl’arrive des produits.

Plusieurs réactions chimiques,Des composants et réactionsreutilisées dans plusieurs voiesDifferent phases, activation desubstrat, conversion, eliminationdes dechetsBeaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

EthanolGlucose




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,Des composants et réactionsreutilisées dans plusieurs voies

Different phases, activation desubstrat, conversion, eliminationdes dechetsBeaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

EthanolGlucose

Fructose-1,6-bisPhosphate

Glucose-6-Phosphate

Pyruvate

Fructose-6-Phosphate

DHAP G3P

3PG1,3bPG 2PG

PEP

Acetaldehyde




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,Des composants et réactionsreutilisées dans plusieurs voiesDifferent phases, activation desubstrat, conversion, eliminationdes dechets

Beaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

EthanolGlucose


Glucose-6-Phosphate

Pyruvate


DHAP G3P

3PG1,3bPG 2PG

PEP

Acetaldehyde




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,Des composants et réactionsreutilisées dans plusieurs voiesDifferent phases, activation desubstrat, conversion, eliminationdes dechetsBeaucoup de utilisation d’ATP.

Beaucoup de composéesphosphorylées.

EthanolGlucose


Glucose-6-Phosphate

Pyruvate


DHAP G3P

3PG1,3bPG 2PG

PEP

Acetaldehyde

ADP

ATP

ADP

ATP

ADPATP

ADP

ATP




Au depart des substrats et àl’arrive des produits.Plusieurs réactions chimiques,Des composants et réactionsreutilisées dans plusieurs voiesDifferent phases, activation desubstrat, conversion, eliminationdes dechetsBeaucoup de utilisation d’ATP.Beaucoup de composéesphosphorylées.

EthanolGlucose


Glucose-6-Phosphate

Pyruvate


DHAP G3P

3PG1,3bPG 2PG

PEP

Acetaldehyde

ADP

ATP

ADP

ATP

ADPATP

ADP

ATP


Métabolisme Metabolism : echele

Metabolisme : Les points importants

Les réactions biochimique de la cellule peuvent être organisé en voiesmétaboliques.Les différentes voies contiennent souvent des composants communes.Certains parties du métabolisme sont localisées dans des organites, oufait par des machines, specifiques.Les molécules de couplage (ATP, NADH) jouent un rôle important.Beaucoup des métabolites sont phosphorylées.Les réactions chimiques sont simples et repetetives. (BTS 15.4)



Metabolisme : différents échelles

Le cycle métaboliqueLe cycle continu de construction (croissance) et de destruction (mort)opère à plusieurs différentes niveaux.

Les moléculesLes cellulesLes organismesLes populationsLe biosphere une cycle moléculaire



Metabolisme

L’énergieLe cycle métabolique a besoin d’energie pour tourner.

Photoautotrophes - lumière...Héterotrophes - d’autresorganismesChemolithotrophes - lesréactions geochimiques une cycle moléculaire



Metabolisme

L’énergieLe cycle métabolique a besoin d’energie pour tourner.

Photoautotrophes - lumière...Héterotrophes - d’autresorganismesChemolithotrophes - lesréactions geochimiques

EnergieLa source d’énergie sert a fournirl’ATP (et NADH) nécessaire a fairetourner le cycle métabolique.



La fermentation alcoolique Les réactions

La réaction chimique

Activation du substratImport HXTHexokinasePhosphogluco IsomerasePhosphofructo Kinase

Récuperation d’énergieAldolaseTriosephosphateIsomeraseGyceraldehyde 3PhosphatedeshydrogenasePhosphoglycerateKinasePhosphoglycero MutaseEnolasePyruvate Kinase

Elimination des dechetsPyruvate decarboxylaseAlcool deshydrogenase

Glucose

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH2OH

Ethanol

CH3 CH2 OH

CO2

OO C

La stoechiométrieGlucose

(C6H12O6)−→ 2× CO2 +

2×Ethanol(C2H6O6)



Activation de substrate




Glucose

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH2OH

CH OPO

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

32-

2-

Fructose-1,6-bisphosphate



Récupération d’énergie




CH OPO

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

32-

2-


2 x Pyruvate

O

O

O

CH3

-



Elimination des dechets




Pyruvate

O

O

O

CH3

-

Ethanol

CH CH OH3 2

CO2

OO C



Transport de Glucose




Localization est important pour le métabolisme.HXT transporteurs

Glucose

Outside

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH OH2

Glucose

Inside

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH OH2



Activation du Glucose




HexokinaseInvestissement d’énergie

Glucose

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH OH2

Glucose-6-Phosphate

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH OP02 32-



Une isomerase




PhosphoglucoIsomerase

Glucose-6-Phosphate

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH OPO2 32-

CH OH

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

2-

Fructose-6-phosphate



Une deuxième activation




Phosphofructokinase

CH OH

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

2-

Fructose-6-phosphate

CH OPO

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

32-

2-


ATP

ADP



Clivage de la molécule en deux




Aldolase

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2 32-

CH OPO2 3

2-


O

CH OPO2 32-

CH OH2

Dihydroxyacetonephosphate

(DHAP)

Glyceraldehyde-3-Phosphate

OH

HHO

CH OPO2 3

2-



Triosephosphate Isomerase




TIM

O

CH OPO2 32-

CH OH2


(DHAP) Glyceraldehyde-3-Phosphate

OH

HHO

CH OPO2 3

2-



TIM : l’enzyme parfaite




Une protéine en forme de tonneau avecdes brins β et des hélices α BTS 2.3, 2.4







Mechanisme d’action

O

CH OPO2 32-

2

+2

2

C


(DHAP)

OH

H

H

N

CH

H NH

His95

CH

CH

O

O

Glu165








O

CH OPO2 32-

2

+2

2

C


(DHAP)

OH

H

H

N

CH

H NH

His95

CH

CH

O

O

Glu165








O-H

CH OPO2 3

2-

2

2

2

C

intermediaire

ene-di-ol

OH

H

H:N

CH

NH

His95

CH

CH

O

O

Glu165








O-H

CH OPO2 3

2-

2

2

2

C

intermediaire

ene-di-ol

OH

H

H

:N

CH

NH

His95

CH

CH

O

O

Glu165








OH

CH OPO2 32-

2

+2

2

C

Glyceraldehyde-3-phosphate

OH

H

N

CH

H NH

His95

CH

CH

O

O

Glu165







O

CH OPO2 32-

CH OH2


(DHAP) Glyceraldehyde-3-Phosphate

OH

HHO

CH OPO2 3

2-

Acceleration de la réaction 1010 fois.Guidage de la réaction.

Vitesse limité par la diffusion. BTS 9



Une oxidation




Glyceraldehyde-3-Phosphate deshydrogenaseUne réaction complexe : oxidation et

phosphorylation couplées

Glyceraldehyde-3-Phosphate

OH

HHO

CH OPO2 3

2-

1,3-bisphosphoglycerate

NAD+

PO43-

NADH

O OPO

OHH

CH OPO2 3

2-

2-3



Récuperation d’énergie 1




Phosphoglycerate KinaseUne phosphorylation a l’envers

1,3-bisphosphoglycerate

O OPO

OHH

CH OPO2 3

2-

2-3

O O

OHH

CH OPO2 3

2-

-

3-phosphoglycerate

ADP

ATP



Une transfert intramoléculaire




Phosphoglyceromutase

O O

OPOH

CH OH2

32-

-

2-phosphoglycerate

O O

OHH

CH OPO2 3

2-

-

3-phosphoglycerate



Une deshydratation




EnolaseO O

OPOH

CH OH2

32-

-

2-phosphoglycerate

O O

OPO

CH2

32-

-

Phosphenolpyruvate

H O2



Récuperation d’énergie 2




Pyruvate KinaseUne phosphorylation a l’envers

O O

OPO

CH2

32-

-

Phosphenolpyruvate

ADP

ATP

Pyruvate

O

O

O

CH3

-



Decarboxylation




Pyruvate Decarboxylase

Pyruvate

O

O

O

CH3

-

3

OO C

H O

CH

Acetaldehyde



Régeneration de NAD+




Alcool deshydrogenaseUne enzyme a Zn

3

H O

CH

Acetaldehyde

Ethanol

CH CH OH3 2

NADH

+NAD

+H


La fermentation alcoolique L’intégration cellulaire

Les enzymes BTS 8.A




1 transporteur4 kinases2 Deshydrogenase2 Isomerase1 Mutase2 Clivage de liaison CC



Les Enzyme Commission BTS 8.A




EC1 Oxidoreductase (comme lesdeshydrogenase)EC2 Transferases (comme les kinase)EC3 HydrolasesEC4 Lyases (comme Decarboxylase, Aldolase)EC5 Isomerases (isomerase et mutases)EC6 Ligases

Aldolase = 4.1.2.13 TIM = 5.3.1.1



Bilan : Activation




Glucose

O

OH

OH

OH

HO

H

H

H

H

H

CH2OH

CH OPO

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

32-

2-


Glucose Fructose-1,6-bisphosphate2 ATP 2 ADP



Bilan : Récuperation BTS 15.3




CH OPO

CH OPO

HO

OH

OH

O

H

H

H

2

2 3

32-

2-


2 x Pyruvate

O

O

O

CH3

-

Fructose-1,6-bisphosphate 2 Pyruvate2 Pi + 4 ADP 4 ATP

2 NAD+ 2 NADH



Bilan : Elimination




Pyruvate

O

O

O

CH3

-

Ethanol

CH CH OH3 2

CO2

OO C

2 Pyruvate 2 Ethanol + 2CO22 NADH 2 NAD+



Bilan




Glucose Fructose-1,6-bisphosphate2 ATP 2 ADP

Fructose-1,6-bisphosphate 2 Pyruvate2 Pi + 4 ADP 4 ATP

2 NAD+ 2 NADH2 Pyruvate 2 Ethanol + 2CO22 NADH 2 NAD+

EnsembleGlucose 2 Ethanol + 2CO2

2 Pi + 2 ADP 2 ATP



Integration dans le metabolisme




Pas en isolation

Autres voies parallelAutres substratsAutres produitsLiens C et energie.

Glucose

Glucose-6-Phosphate



DHAP/Glyceraldehyde-3-Phosphate

1,3bisphosphoglycerate

3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphenolpyruvate

Pyruvate

Acetaldehyde

Ethanol




Pas en isolationAutres voies parallel

Autres substratsAutres produitsLiens C et energie.

Glucose

Glucose-6-Phosphate





3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphenolpyruvate

Pyruvate

Acetaldehyde

Ethanol




Pas en isolationAutres voies parallelAutres substrats

Autres produitsLiens C et energie.

Glucose

Glucose-6-Phosphate





3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphenolpyruvate

Pyruvate

Acetaldehyde

Ethanol

Maltose

Amidon

Fructose




Pas en isolationAutres voies parallelAutres substratsAutres produits

Liens C et energie.

Glucose

Glucose-6-Phosphate





3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphenolpyruvate

Pyruvate

Acetaldehyde

Ethanol

Maltose

Amidon

Fructose

Acides Nucleiques

Lactate

CO2

Acides Aminés

Acides Gras




Pas en isolationAutres voies parallelAutres substratsAutres produitsLiens C et energie.

Glucose

Glucose-6-Phosphate





3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphenolpyruvate

Pyruvate

Acetaldehyde

Ethanol

Maltose

Amidon

Fructose

Acides Nucleiques

Lactate

CO2

Acides Aminés

Acides Gras



Cours 2 : Conclusions

Le métabolisme.Les réactions d’une voie anabolique,Les réactions d’une voie catabolique,L’importance des groupements phosphoryles,Le mechanisme chimique d’une enzyme,Les diverse types d’enzyme.


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