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7.6 : Connexions des voies métaboliques des glucides, des protéines et des lipides - Biologie


Compétences à développer

  • Discuter des relations entre les voies métaboliques des glucides, la glycolyse et le cycle de l'acide citrique et les voies métaboliques des protéines et des lipides
  • Expliquer pourquoi les voies métaboliques ne sont pas considérées comme des systèmes fermés

Vous avez appris le catabolisme du glucose, qui fournit de l'énergie aux cellules vivantes. Mais les êtres vivants consomment plus que du glucose pour se nourrir. Comment un sandwich à la dinde se transforme-t-il en ATP dans vos cellules ? Cela se produit parce que toutes les voies cataboliques des glucides, des protéines et des lipides finissent par se connecter à la glycolyse et aux voies du cycle de l'acide citrique (voir Figure 7.6.2). Les voies métaboliques doivent être considérées comme poreuses, c'est-à-dire que les substances entrent par d'autres voies et les intermédiaires partent pour d'autres voies. Ces voies ne sont pas des systèmes fermés. De nombreux substrats, intermédiaires et produits dans une voie particulière sont des réactifs dans d'autres voies.

Liens d'autres sucres avec le métabolisme du glucose

Le glycogène, un polymère du glucose, est une molécule de stockage d'énergie chez les animaux. Lorsqu'il y a suffisamment d'ATP, l'excès de glucose est dérivé en glycogène pour le stockage. Le glycogène est fabriqué et stocké dans le foie et les muscles. Le glycogène sera hydrolysé en monomères de glucose (G-1-P) si la glycémie chute. La présence de glycogène comme source de glucose permet à l'ATP d'être produit plus longtemps pendant l'exercice. Le glycogène est décomposé en G-1-P et converti en G-6-P dans les cellules musculaires et hépatiques, et ce produit entre dans la voie glycolytique.

Le saccharose est un disaccharide avec une molécule de glucose et une molécule de fructose liées ensemble par une liaison glycosidique. Le fructose est l'un des trois monosaccharides alimentaires, avec le glucose et le galactose (qui fait partie du sucre du lait, le disaccharide lactose), qui sont absorbés directement dans la circulation sanguine pendant la digestion. Le catabolisme du fructose et du galactose produit le même nombre de molécules d'ATP que le glucose.

Connexions des protéines au métabolisme du glucose

Les protéines sont hydrolysées par une variété d'enzymes dans les cellules. La plupart du temps, les acides aminés sont recyclés dans la synthèse de nouvelles protéines. S'il y a un excès d'acides aminés, cependant, ou si le corps est dans un état de famine, certains acides aminés seront shuntés dans les voies du catabolisme du glucose (Figure (PageIndex{1})). Chaque acide aminé doit avoir son groupe aminé éliminé avant d'entrer dans ces voies. Le groupe amino est converti en ammoniac. Chez les mammifères, le foie synthétise l'urée à partir de deux molécules d'ammoniac et d'une molécule de dioxyde de carbone. Ainsi, l'urée est le principal déchet chez les mammifères produit à partir de l'azote provenant des acides aminés, et elle quitte le corps dans l'urine.

Connexions des métabolismes des lipides et du glucose

Les lipides connectés aux voies du glucose sont le cholestérol et les triglycérides. Le cholestérol est un lipide qui contribue à la flexibilité de la membrane cellulaire et est un précurseur des hormones stéroïdes. La synthèse du cholestérol commence par les groupes acétyle et se déroule dans un seul sens. Le processus ne peut pas être inversé.

Les triglycérides sont une forme de stockage d'énergie à long terme chez les animaux. Les triglycérides sont constitués de glycérol et de trois acides gras. Les animaux peuvent fabriquer la plupart des acides gras dont ils ont besoin. Les triglycérides peuvent être à la fois fabriqués et décomposés par des parties des voies du catabolisme du glucose. Le glycérol peut être phosphorylé en glycérol-3-phosphate, qui se poursuit par la glycolyse. Les acides gras sont catabolisés dans un processus appelé bêta-oxydation qui a lieu dans la matrice des mitochondries et convertit leurs chaînes d'acides gras en deux unités carbonées de groupes acétyle. Les groupes acétyle sont captés par le CoA pour former l'acétyl CoA qui se poursuit dans le cycle de l'acide citrique.

Connexion de l'évolution : voies de la photosynthèse et du métabolisme cellulaire

Les processus de la photosynthèse et du métabolisme cellulaire consistent en plusieurs voies très complexes. On pense généralement que les premières cellules sont apparues dans un environnement aqueux – une « soupe » de nutriments – probablement à la surface de certaines argiles poreuses. Si ces cellules se reproduisaient avec succès et que leur nombre augmentait régulièrement, il s'ensuit que les cellules commenceraient à épuiser les nutriments du milieu dans lequel elles vivaient en déplaçant les nutriments dans les composants de leur propre corps. Cette situation hypothétique aurait entraîné une sélection naturelle favorisant les organismes qui pourraient exister en utilisant les nutriments qui restaient dans leur environnement et en manipulant ces nutriments en matériaux sur lesquels ils pourraient survivre. La sélection favoriserait les organismes capables d'extraire une valeur maximale des nutriments auxquels ils ont accès.

Une première forme de photosynthèse s'est développée qui exploitait l'énergie du soleil en utilisant l'eau comme source d'atomes d'hydrogène, mais cette voie ne produisait pas d'oxygène libre (photosynthèse anoxygénique). (La photosynthèse précoce ne produisait pas d'oxygène libre car elle n'utilisait pas d'eau comme source d'ions hydrogène ; à la place, elle utilisait des matériaux comme le sulfure d'hydrogène et produisait par conséquent du soufre). On pense que la glycolyse s'est développée à cette époque et pourrait tirer parti des sucres simples produits, mais ces réactions n'ont pas pu extraire complètement l'énergie stockée dans les glucides. Le développement de la glycolyse a probablement précédé l'évolution de la photosynthèse, car elle était bien adaptée pour extraire l'énergie des matériaux s'accumulant spontanément dans la "soupe primitive". Une forme ultérieure de photosynthèse utilisait l'eau comme source d'électrons et d'hydrogène et générait de l'oxygène libre. Au fil du temps, l'atmosphère s'est oxygénée, mais pas avant que l'oxygène ne libère des métaux oxydés dans l'océan et crée une couche de « rouille » dans les sédiments, permettant de dater la montée des premiers photosynthétiseurs oxygénés. Les êtres vivants se sont adaptés pour exploiter cette nouvelle atmosphère qui a permis à la respiration aérobie telle que nous la connaissons d'évoluer. Lorsque le processus complet de la photosynthèse oxygénée s'est développé et que l'atmosphère est devenue oxygénée, les cellules ont finalement pu utiliser l'oxygène expulsé par la photosynthèse pour extraire considérablement plus d'énergie des molécules de sucre en utilisant le cycle de l'acide citrique et la phosphorylation oxydative.

Sommaire

La dégradation et la synthèse des glucides, des protéines et des lipides se connectent aux voies du catabolisme du glucose. Les sucres simples sont le galactose, le fructose, le glycogène et le pentose. Ceux-ci sont catabolisés lors de la glycolyse. Les acides aminés des protéines se connectent au catabolisme du glucose via le pyruvate, l'acétyl CoA et les composants du cycle de l'acide citrique. La synthèse du cholestérol commence avec les groupes acétyle et les composants des triglycérides proviennent du glycérol-3-phosphate de la glycolyse et des groupes acétyle produits dans les mitochondries à partir du pyruvate.

  • Connie Rye (East Mississippi Community College), Robert Wise (Université du Wisconsin, Oshkosh), Vladimir Jurukovski (Suffolk County Community College), Jean DeSaix (Université de Caroline du Nord à Chapel Hill), Jung Choi (Georgia Institute of Technology), Yael Avissar (Rhode Island College) parmi d'autres auteurs contributeurs. Contenu original d'OpenStax (CC BY 4.0 ; à télécharger gratuitement sur http://cnx.org/contents/[email protected]).


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