Metabolisme - Cours de Licence 3. PDF

Preview

Summary

Cours de Licence 3....

Description

C. LABORIE

Physiologie de la nutrition METABOLISME ENERGETIQUE

01/02/2017

I. Substrats et organes du métabolisme énergétique. A. Nature des substrats énergétiques. a. Substrats apportés par l’alimentation. b. Substrats énergétiques circulants. B. Rôle des substrats énergétiques. a. Production d’énergie. i. Production d’ATP pour le métabolisme : période postprandiale. ii. Production d’ATP pour le métabolisme : période interprandiale. b. Stockage de l’énergie. C. Les organes du métabolisme énergétique. a. Le cerveau. b. Muscles squelettiques. i. Période postprandiale. ii. Période interprandiale. iii. Source d’énergie. c. Le foie (hépatocytes). i. Période postprandiale. ii. Période interprandiale. iii. Source d’énergie. d. Tissu adipeux blanc (adipocytes). i. Période postprandiale. ii. Période interprandiale. iii. Source d’énergie. II. Utilisation des substrats énergétiques en période postprandiale. A. Mécanismes métaboliques en période postprandiale. B. Mise en jeu de la sécrétion d’insuline en réponse à un repas mixte. C. Substrats et organes du métabolisme énergétique. a. La phase préprandiale et prandiale : phase pré-absorptive. i. La phase « céphalique » de la sécrétion insulaire. ii. Phase mésentérique de la sécrétion d’insuline ou axe insulaire. b. La phase postprandiale : phase absorptive. D. Métabolisme postprandial du glucose. a. Devenir du glucose ingéré. b. Captation du glucose dans les tissus. c. Phosphorylation du glucose dans la cellule. d. Utilisation du glucose dans les tissus. E. Métabolisme postprandial des lipides. a. Devenir des lipides ingérés. b. Synthèse et stockage des triglycérides à partir des lipides circulants. c. Lipogénèse de novo. F. Mécanisme d’action de l’insuline. III. Mobilisation des réserves énergétiques en période interprandiale. A. Métabolisme du glucose au cours du jeûne. a. Flux de glucose. b. Voies métaboliques de la production du glucose. i. Glycogénolyse. ii. Néoglucogénèse. B. Métabolisme des lipides au cours du jeûne.

P a g e 1 | 34

C. LABORIE

Physiologie de la nutrition a. Lipolyse adipocytaire. C. Contrôle hormonal de la mobilisation des réserves énergétiques. a. Rôle du glucagon. b. Rôle des catécholamines.

01/02/2017

P a g e 2 | 34

C. LABORIE Physiologie de la nutrition 01/02/2017 Le ME est un métabolisme permettant la production d’énergie sous forme d’ATP continue, pour que cette forme chimique de l’énergie soit utilisable pour l’activité cellulaire. Cela nécessite un apport permanent de substrats (différents selon l’état nutritionnel) ainsi que des mécanismes de régulations métaboliques fins pour que l’apport important de substrats permettent l’utilisation des substrats (métabolisme oxydatif) et mis en réserve. La cellule doit trouver ses substrats énergétiques : mobilisation de ces substrats. Métabolisme énergétique sous la dépendance d’un contrôle nerveux et hormonal. A. Nature des substrats énergétiques. a. Substrats apportés par l’alimentation. Les substrats énergétiques apportés par l’alimentation : repas mixte (repas type équilibré) : 



Glucides (300/400 g/j) : 50 – 60%, o Amidon (50-60%) : Maïs – Riz (céréales) Amylose, l’amylose forme une hélice (compactée) : sa formation la rend plus difficile à l’action de l’amylase : un amidon contenant beaucoup d’amylose sera digéré/hydrolysé beaucoup plus lentement qu’un amidon contenant de l’amylopectine. Plus la digestion de l’amidon sera rapide : plus les molécules de glucoses induites sont nombreuses  favorise l’absorption du glucose  augmentation importante de la glycémie  Index Glycémique.

Index Glycémique : déterminé par la rapidité et l’intensité de la glycémie, plus un glucide a un IG élevé : plus il a été hydrolysé et absorbé rapidement. Référence : le glucose, les glucides ayant un IG < glucose, vont limiter la glycémie en situation post-prandiale et éviter l’hyperinsulinémie. Une hormone peut réguler la présence de ses récepteurs sur la membrane : down-régulation. IG(Amylopectine) > Glucose car facilement attaquable par les enzymes. IG(Amylose) Lactate  glycogénolyse, notamment musculaire, > Glycérol (structure carbonée des TGs)  lipolyse. - Lipides : > Acides gras libres (non estérifiés aux TGs) liés à l’albumine  alimentation et lipolyse (postprandiale), > TGs  CM (chilomicrons, alimentation) et VLDL (lipoprotéines produites par le foie), véhiculés à travers les lipoprotéines. Le foie, en situation post- et inter-prandiale, produit des VLDL (sécrétion), les TGs sont véhiculés par les CM ou par les VLDL. En situation interprandiale : plus de chilomicrons, mais toujours des VLDL. > Corps cétoniques (foie) : molécules dérivées des acides gras et synthétisés au niveau du foie  le foie transforme les AGs en corps cétoniques (lipides), ces lipides sont produits dans des situations de jeûne prolongé. Les AGs libérés par le système adipeux, convertis en corps cétoniques, utilisés par les neurones  permet la cérébralisation du cerveau. - Protéines : > Acides aminés  alimentation et protéolyse. Glycogénolyse et glycolyse : interprandiale, disponibilité des substrats énergétiques. B. Rôle des substrats énergétiques. a. Production d’énergie.

Production d’ATP pour le métabolisme cellulaire : période postprandiale. > Glucose : - Glycolyse :  

Pyruvate, entre dans la mitochondrie, transformé par le CK en Acétyl-coA. Cycle de Krebs (TCA) : 38 ATP/molécule de glucose.

- Organes insulinodépendants (dont l’utilisation du glucose dépend de la présence d’insuline): Tissus adipeux – Muscles squelettique, utilisent le glucose en situation PP pour faire de l’ATP.

P a g e 4 | 34

C. LABORIE Physiologie de la nutrition 01/02/2017 - Organes gluco-dépendants (ne peuvent utiliser d’autres substrats que le glucose) : neurones (cerveau)– GR (éléments figurés du sang) – Moelle osseuse - Médullarénale. > Acides gras libres : - B-Oxydation (spirale de Lynen) : 

Acétyl-coA,

- Cycle de Krebs, - 5 ATP/ cycle B-oxydation + 11 ATP.  Foie. Les AG dans la cellule sont transportés vers la mitochondrie, où ils subissent la B-oxydation, aboutit à chaque cycle à la production d’Acétyl-coA, entrant dans le CK. Un seul organe utilise les AG pour faire de l’ATP : le foie, il n’utilise pas le glucose. Les AGs à chaine courte sont donc surtout utilisés par le foie. > Acides aminés : - Transamination  pyruvate. - Cycle de Krebs.  Rein. Les AA sont utilisés comme substrats par le rein et le foie. En situation PP, le substrat énergétique utilisé de façon majoritaire par l’organisme : le glucose. Le foie utilise peu le glucose, de même pour les reins. Production d’ATP pour le métabolisme cellulaire : période intrerprandiale. Il faut maintenir une glycémie la plus proche de sa valeur normale pour impérativement maintenir un taux de glucose pour que les organes glucodépendants continuent d’utiliser le glucose. > Glucose : - Glycolyse  pyruvate, - Cycle de Krebs (TCA), - 38 ATP/ molécule glucose.  Organes glucodépendants : neurones (cerveau uniquement). Les tissus insulondépendant ne l’utilisent plus, en situation IP, ils utilisent alors les AGs. > Acides gras libres : - B-oxydation (spirale de Lynen)  Acétyl-coA, - Cycle de Krebs : 5 ATP / Cycle B-oxydation + 11 ATP.  Foie, Muscles, Tissu adipeux, neurones (corps cétoniques)  laissent le glucose prioritairement au cerveau. > Acides aminés :

P a g e 5 | 34

C. LABORIE Physiologie de la nutrition - Transamination  pyruvate,

01/02/2017

- Cycle de Krebs.  Foie, muscles, très peu utilisés. b. Stockage de l’énergie. Réserves énergétiques de l’organisme : Hydrates de carbone : Rendement énergétique 4,0 Kcal/g. L’oxydation totale d’1g de glucose génère 4 Kcal. Ils sont stockés sous forme de glycogène : glycogène musculaire et hépatique. La quantité d’énergie des hydrates de carbone est stockée en glycogène, dans le muscle ou le foie. Le foie renferme une quantité de glycogène, donnant du glucose mais uniquement sur une période de 10 à 24H. Les HC (glycogène) ne constituent pas la réserve énergétique la plus importante de l’organisme. Lipides : Rendement énergétique de 9,0 Kcal/g. La charge énergétique des lipides est contenue au niveau des triglycérides, en particulier : les muscles striés squelettiques, possèdent leur stock de TG, utilisés au cours des exercices de longues durées et d’intensité modérée pour épargner son glycogène et maintenir son activité physique plus longtemps. L’essentiel est stocké dans les tissus adipeux (adipocytes). La quantité des lipides est plus importante que les glycogènes et libère plus d’énergie. Les TG constituent un substrat énergétique privilégié, de choix, pour le métabolisme cellulaire. Il faut plus d’oxygène pour oxyder un AG que pour oxyder un glucose : quotient respiratoire plus important. Protéines : Rendement énergétique 4,1-4,2 Kcal/g.  10 kg de muscles. Les AA sont des substrats énergétiques importants mais sont très préservés du métabolisme oxydatif pour éviter la fonte musculaire. C. Les organes du métabolisme énergétique. a. Le cerveau. > Demande énergétique importante et continue : 20-25% de la production quotidienne d’ATP. > Aucune forme de stockage de l’énergie dans les neurones contenu glycogène faible. > Source d’énergie :  Seule source en période postprandiale et interprandiale = GLUCOSE (seul source énergétique utilisable), Le cerveau consomme 5 g de glucose / h  120g/j.  Utilise les corps cétoniques produits par le foie à partir de l’oxydation des AGs en cas de jeune prolongé. b. Muscles squelettiques. i. Période postprandiale.

P a g e 6 | 34

C. LABORIE Physiologie de la nutrition 01/02/2017 > Réserves énergétiques sous forme de glycogène. Le muscle régule la glycémie, car il utilise le glucose pour faire de l’ATP pour stocker l’excédent sous forme de glycogène : la captation du glucose par le muscle est importante car limite la glycémie post-prandiale. ii. Période interprandiale. > Production acides aminés et lactate : maintien de la glycémie, à partir du glycogène et des protéines. Le lactate, au niveau du foie, sera transformé en glucose (cycle de Cory). Le muscle possède 10 kg de protéines : par protéolyse, peut donner des AA, arrivant au niveau du foie  néoglucogénèse  glucose. Le muscle produit ainsi des substrats, par la voie hépatique, permettant la resynthèse indirecte du glucose  participation indirecte au maintien de la glycémie. iii. Source d’énergie.  Glucose plasmatique en période postprandiale.  Glycogène (musculaire) et acides gras (muscle et surtout tissu adipeux) au cours du jeûne. c. Le foie (hépatocytes). i. Période postprandiale. > Réserves énergétiques sous forme de glycogène et de TG (estérification des AGs et lipogénèse de novo), > Synthèse de VLDL à partir des TGs. La captation du glucose est un élément tendant à faire diminuer la glycémie, comme pour le muscle. La capacité du foie à synthétiser du glycogène est limitée : si elle devient inférieure à la quantité de glucose arrivant par la veine porte et que la synthèse du glycogène par le foie est atteinte : le foie continue à capter le glucose, qui ne rentre plus dans la synthèse de glycogène  le glucose servira de substrats à la synthèse d’AGs (lipogénèse de novo), l’inverse (AG  glucose) est impossible. Les TG restent dans le foie ou incorporés dans des lipoprotéines (VLDL). ii. Période interprandiale. > Production de glucose par la dégradation de glycogène, également grâce aux substrats (AA, lactate du muscle, par néoglucogénèse). Le foie est le seul organe capable de former du glucose (libérer du glucose dans la circulation sanguine), > Production VLDL, renformant des TG (AG utilisés par le muscle squelettique/tissu adipeux). > Production de corps cétoniques (cétogénèse). iii. Source d’énergie.  AA en période postprandiale (alimentation),  AG en période postprandiale (alimentation) et interprandiale (tissu adipeux). d. Tissu adipeux blanc (adipocytes). i. Période postprandiale. > Réserves énergétiques sous forme de TGs exclusivement (estérification des AG et lipogénèse de novo). Les Adipocytes captent du glucose, servant à la production d’ATP, en excès, il entre dans le voie de la lipogénèse, comme pour le foie. A partir de chilomicrons, synthèse de TGs, au niveau du tissu adipeux sont hydrolysés et captés. Le tissu adipeux réestérifie les AGs en TGs.

P a g e 7 | 34

C. LABORIE

Physiologie de la nutrition ii. Période interprandiale.

01/02/2017

> Production d’AG, > Production de glycérol. Les TGs sont hydrolysés (lipolyse) et libérer des AGs, déversés dans la circulation sanguine, attrapés par l’albumine et iront aux muscles où ils seront utilisés et au foie. Le foie va capter ces AGs, les estérifier pour faire des TGs  VLDL sécrétés, contenant des TGs  amenés aux muscles/tissus adipeux  hydrolyses  production d’ATP par les AG. L’hydrolyse des TGs va donner du glycérol  circulation sanguine  foie  remonte par la néoglucogénèse  glucose. iii. Source d’énergie.  Glucose en période PP,  AG en période interprandiale. IV. Utilisation des substrats énergétiques en période postprandiale. A. Mécanismes métaboliques en période postprandiale. > Métabolisme du glucose ou des AGs et oxydation  production d’ATP, > Stockage sous forme de glycogène et de TGs, > Synthèse des protéines. Le foie utilise les AA et les AGs surtout pour produire de l’énergie  stockage sous forme de glycogène (foie, muscle) et de TGs (tissu adipeux)  synthèse protéique majoritaire au niveau du muscle significative également au niveau du foie. Régulation des mécanismes métaboliques en période postprandiale par l’insuline. Ces voies sont sous la dépendance d’une hormone produite par le pancréas endocrine : l’insuline, impliquée dans la production d’ATP, la synthèse des TGs, du glycogène et des protéines. L’insuline est une hormone peptidique, synthétisée et sécrétée par les ilots B de Langerhans. Par IHC : la grande majorité des cellules endocrines des ilots sont des cellules B : occupent tout l’ilot, en périphérie, ce sont surtout des cellules alpha à glucagon. Structure de l’insuline : > Hormone peptidique (51 aa), > 2 chaînes polypeptidiques : - Chaîne B (30 aa),

P a g e 8 | 34

C. LABORIE

Physiologie de la nutrition - Chaîne A (21 aa).

01/02/2017

Dans le granule de sécrétion, la pro-insuline est clivée par une pro-hormone convertase et va libérer le peptide C et la molécule d’insuline  sécrétion par exocytose équimolaire d’insuline et de peptide C.  Clivage de la proinsuline par une endopeptidase dans les grains de sécrétion. > Insuline + peptide C sont sécrétés dans la veine porte. Au niveau du foie  40% de l’insuline est inactivée au cours du premier passage hépatique (t1/2 < 10 min.). L’insuline, dans les grains de sécrétion, est associée à des molécules de Zinc : pour concentrer et précipiter l’insuline. Le Zinc est un élément important dans l’exocytose et les processus de sécrétion de l’insuline, il maintient un pH acide dans le granule, permettant sa précipitation et le compactage de l’insuline. Evolution de la glycémie et de la concentration plasmatique d’insuline et de glucagon en réponse à la prise d’un repas : > Glycémie : - Postprandiale : 1,3 g/L  0,9 g/L, - Interprandiale  0,9 g/L. Si au bout de 2h, la glycémie n’est pas revenue à la normale : présence d’une intolérance au glucose, car la glycémie post-prandiale est supérieure à la normale. > Insulinémie : - Prandiale/ postprandiale : 80 – 120 µU/mL  40 µU/mL,  Action anabolique de l’insuline, grâce à l’insulinémie autour de 100 µU/mL (valeur normale)  favoriser la captation et l’utilisation des substrats énergétiques (glucose) et la synthèse des protéines. L’insuline ayant une demi-vie, elle disparaît de la circulation et revient à sa valeur normale. - Interprandiale : 10-15 µU/mL  [Ins] matin à jeun,  Action anti-catabolique de l’insuline, limite le métabolisme catabolique. Catabolisme : lipolyse, protéolyse, maigreur (fonte). - Jeune prolongé ou Diabète de type I (pas d’insuline, ilôts détruits par le système immunitaire) : 5 µU/mL  catabolisme ( Glucagon : - Postprandiale  90 pg/mL, - Interprandiale  115 – 130 pg/mL. En situation PP, l’insuline exerce un effet anabolisant et permet l’utilisation des substrats. B. Mise en jeu de la sécrétion d’insuline en réponse à un repas mixte.

P a g e 9 | 34

C. LABORIE

Physiologie de la nutrition a. La phase préprandiale et prandiale : phase pré-absorptive. 1. Phase « céphalique » de la sécrétion insulaire.

01/02/2017

> Système nerveux parasympathique (nerf vague)  ACH. Insulinémie et glycémie après ingestion d’un repas standard chez des sujets recevant 10 min. avant le repas : 1 groupe  Injection de sérum physiologique (NaCl), 1 groupe  Injection de trimétophane = bloquant de la transmission nerveuse ganglionnaire du système parasympathique, seule l’activité efférente du PS est bloquée  manière chimique de générer une vagotonie. Suite à l’ingestion d’un repas, chez le premier groupe : dans les minutes suivant la prise du repas, il y a déjà une toute petite augmentation de la sécrétion d’insuline. 30, 60 min. après  insulinémie importante. Chez le 2ème groupe, en bloquant la transmission PS, il y a abolition du petit pic de sécrétion d’insuline, puis une sécrétion non significativement différente. La conséquence sur la glycémie de l’absence de cette petite phase de sécrétion : chez les sujets ayant reçu du NaCl, en réponse à un repas : augmentation de glycémie. La glycémie, au bout de 45 min., diminue et à 60 min. redevient basale. Chez les sujets où blocage de transmission du nerf vague  glycémie post-prandiale augmentant et l’hyperglycémie PP dure plus longtemps. Le fait d’avoir supprimé cette sécrétion d’insuline a entrainé un pic d’hyperglycémie. Elle limite donc l’hyperglycémie post-prandiale. Intégration sensorielle de la prise d’un repas : > Stimuli : vue – odeur – goût des aliments. > Récepteurs gustatifs/ olfactifs : chémorécepteurs / mécanorécepteurs bucco pharyngés = terminaisons sensitives, > Voie afférence : Nerfs sensitifs  Nerfs trijumeaux (5ème nerf crânien), > SNC : Hypothalamus ventromédian  NTS  Noyau dorsal du vague, > Voie efférente du vague : Fibres pré-ganglionnaires du nerf vague (ACH)  Ganglions pancréatiques (par relai synaptique) Fibres post-ganglionnaires  ACH

parasympathiques (trimétophane),

> Cellule B pancréatique : Récepteurs M3  Voie de signalisation PLC  IP3  Augmentation Ca2+  Sécrétion insuline. 2. Phase mésentérique de la sécrétion d’insuline ou axe entéroinsulaire. > Cellules endocrines de la muqueuse intestinale  hormones intestinales « INCRETINES ». Ces deux phases vont anticiper la sécrétion d’insuline et vont limiter l’hyperglycémie.

P a g e 10 | 34

C. LABORIE Physiologie de la nutrition Glycémie et insulinémie chez des sujets après :

01/02/2017

- Charge orale de glucose (50 g/400 mL), - Perfusion intraveineuse isotonique de glucose. Suite à l’administration, on compare la glycémie et l’insulinémie, pour mettre en évidence ou non le passage par le tractus digestif.  Variation de la glycémie. Les 2 administrations entraînent une variation identique de la glycémie. Cependant, les individus ayant reçu du glucose par voie orale ont une insulinémie supérieure aux individus ayant reçu du glucose par voie IV. Le fait d’ingérer du glucose, traversant le tractus gastro-intestinal, a eu pour conséquence d’augmenter la sécrétion d’insuline : effet « incrétine »  ingération du glucose ou amidon, le glucose va entraîner la production d’incrétines dans l’intestin, anticipant la sécrétion d’insuline, comme le fait la phase céphalique. Incrétines : Le glucose dans le chyme, va agir sur des cellules K dans le duodénum. > Hormones peptidiques intestinales (duodénum et jéjunum), > Cellules K duodénum  GIP (Gastric Inhibitory Polypeptide), le GIP se fixe sur des récepteurs localisés sur des neurones du plexus de Meissner. Ces fibres sont des fibres cheminant dans les voies afférentes du nerf...