Biochimie (PCEM1)

1 Les relations acide-base NA I. LA DISSOCIATION ACIDE A. Un acide se dissocie dans l'eau pour donner un ion hydrogène (H+) et sa base conjuguée.

B. Une base se combine avec H+, dans l'eau, pour former son acide conjugué.

C. Dans l'expression plus générale de la dissociation acide, HA est un acide (donneur de proton) et A− est la base conjuguée (accepteur de proton).

Où k1[HA] = la vitesse de la réaction directe et k−1 [H+][A−] = la vitesse de la réaction inverse. Retour au début II. LES MESURES DE L'ACIDITÉ A. Le pKa 

Quand les vitesses de réaction dans les deux sens sont égales (voir l'équation de la dissociation acide), la constante de dissociation acide (constante d'acidité), Ka est définie par :



pKa exprime la force d'un acide. a. Par définition, pKa égale —log [Ka]. b. Un acide fort a un pKa de 2 ou moins, ce qui indique que H+ se lie faiblement à la base conjuguée. Des exemples d'acides forts sont donnés par l'acide chlorhy-drique (HCl) et l'acide sulfurique (H2SO4). c. Un acide faible a un pKa de 10 ou plus, ce qui indique que H+ se lie fortement à la base conjuguée. Des exemples d'acides faibles sont donnés par l'acide acétique et l'acide citrique.

B. Le pH 

Quand l'équation définissant Ka est ensuite réarrangée et exprimée sous forme logarithmique, elle devient l'équation d'Henderson-Hasselbach :



Le pH est la mesure de l'acidité d'une solution. a. Par définition, pH égale —log[H+]. b. Une solution neutre a une [H+] de 10−7, ce qui signifie qu'elle a un pH de 7. c. Une solution acide a une [H+] supérieure à 10−7, ce qui signifie qu'elle a un pH

inférieur à 7. d. Une solution alcaline a une [H+] inférieure à 10−7, ce qui signifie qu'elle a un pH supérieur à 7. Retour au début III. LES TAMPONS A. Un tampon est une solution qui contient un mélange d'un acide faible et de sa base conjuguée. Il résiste à des variations de [H+] lorsque l'on ajoute un acide ou une base. B. Le pouvoir tampon d'une solution est déterminé par la concentration acide-base et le pKa de l'acide faible.  

Le pouvoir tampon est maximum quand la concentration de l'acide faible est égale à celle de la base conjuguée. Quand le pouvoir tampon est à son maximum, le pH de la solution est égal au pKa de l'acide.

C. Le pouvoir tampon apparaît clairement sur la courbe de titration d'un acide faible tel qu'H2PO4−( figure 1-1 ).   

La forme de la courbe de titration est la même pour tous les acides faibles. Au point-milieu de la courbe, le pH est égal au pKa. La zone-tampon s'étend d'une unité de pH au dessus et au dessous du pKa.

Retour au début IV. L'ÉQUILIBRE ACIDE-BASE A. Comme le pH affecte fortement la stabilité des protéines et l'activité catalytique des enzymes, les systèmes biologiques fonctionnent habituellement au mieux à une [H+] de 10−7 M, soit à un pH quasi neutre (aux environs de 7). Dans des conditions normales, le pH sanguin est de 7,4 (dans une plage de 7,37 à 7,42). B. La couple acide-base phosphate monohydrogéné (HPO42−) — phosphate dihydrogéné (H2PO4−) constitue une paire-tampon active dans les liquides physiologiques au pH normal ( figure 1-1 ). H2PO4− ⇋ HPO42− + H+

Figure 1-1. courbe de tritation de l'acide acétique (CH3COOH) (à gauche) et de l'acide phosphorique (H2PO4−) (à droite). H2PO4− est le tampon le plus efficace au pH physiologique. C. Le système dioxide de carbone (CO2)-acide carbonique (H2CO3)-bicarbonate (HCO3−) est le principal tampon du plasma et du liquide extra-cellulaire (LEC). Anhydrase carbonique CO2 + H2O ⇋ H2CO3 ⇋ H+ + HCO3−    

Le CO2 provenant des réactions d'oxydation tissulaire se dissout dans le plasma sanguin et le liquide extracellulaire. Le CO2 se combine avec H2O pour donner H2CO3. La réaction est catalysée, dans les globules rouges, par l'anhydrase carbonique. H2CO3 se dissocie pour donner H+ et sa base conjuguée, HCO3−. Dans ce système, le CO2 se comporte comme un acide, aussi l'équation d'HendersonHasselbach peut-elle s'écrire :

où [HCO3−] est exprimée en mM et Pco2 est exprimée en mm Hg. D. Le système tampon CO2−H2CO3−HCO3− est actif autour du pH physiologique de 7,4 même si le pKa est seulement de 6,1 et cela pour quatre raisons :  

L'apport de CO2 provenant du métabolisme oxydatif est illimité, donc la concentration effective en CO2 est très élevée. L'équilibration du CO2 avec H2CO3 (catalysée par l'anhydrase carbonique) est très rapide.

 

Figure 1-2. Graphique en colonnes montrant les différents états acido-basiques typiques du liquide extracellulaire. HCO3− est porté du zéro vers le haut et la Pco2 est portée du zéro vers le bas. Les variations de l'élimination du CO2 par les poumons permettent des changements rapides de la concentration de H2CO3. Les reins peuvent retenir ou éliminer HCO3−, modifiant par là la concentration de la base conjuguée.

Retour au début V. LES PERTURBATIONS DE L'ÉQUILIBRE ACIDE-BASE A. L'acidose survient lorsque le pH tombe en dessous de 7,35 ([H+] > 44,7 nmol/L). Cette situation entraîne une dépression du système nerveux central et, lorsqu'elle est sévère, peut mener au coma et à la mort.  

Dans l'acidose respiratoire, la pression partielle de CO2 (Pco2) s'élève en conséquence de l'hypoventilation. Dans l'acidose métabolique, la [HCO3−] diminue en conséquence de l'ajout d'un acide plus fort que H2CO3 au liquide extracellulaire.

B. L'alcalose survient lorsque le pH s'élève au dessus de 7,45 ([H+] < 35,5 nmol/L). Cette situation provoque une hyperexcitabilité neuromusculaire et, quand elle est sévère, peut conduire à la tétanie.  

Dans l'alcalose respiratoire, la PCO2 diminue en conséquence de l'hyperventilation. Dans l'alcalose métabolique, la [HCO3−] s'élève en conséquence d'un excès de pertes acides (ex. vomissements) ou de l'ajout d'une base (ex. absorption orale d'une préparation anti-acide).

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VI. UNE CORRESPONDANCE CLINIQUE : L'ACIDOCÉTOSE DIABÉTIQUE A. L'absence de contrôle d'un diabète sucré insulino-dépendant (diabète de type 1) entraîne une diminution de l'utilisation du glucose avec hyperglycémie et une augmentation de l'oxydation des acides gras. B. Pathogénèse de l'acidocétose  

L'oxydation accrue des acides gras amène une production excessive des acides acidoacétique et 3-hydroxybutyrique ainsi que de l'acétone, que l'on appelle corps cétoniques. Au pH du corps, l'acide acido-acétique et l'acide 3-hydroxybutyrique se dissocient et libèrent H+, ce qui conduit à une acidose métabolique.

C. La combinaison de taux sanguins élevés et d'une acidose métabolique est appelée acidocétose. D. Le tableau clinique comprend une déshydratation, une léthargie et des vomissements, suivis d'une somnolence et d'un coma. E. Le traitement consiste en une correction de l'hyperglycémie, de la déshydratation et de l'acidose.   

De l'insuline est administrée pour corriger l'hyperglycémie. Des liquides sous forme de sérum physiologique sont administrés pour traiter la déshydratation. Dans les cas sévères, du bicarbonate de sodium (Na+HCO3−) intraveineux peut être administré pour corriger l'acidose.

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2 Les acides aminés et les protéines NA I. LES FONCTIONS DES PROTÉINES A. Liaison spécifique à d'autres molécules. B. Catalyse. C. Soutien structurel. D. Mouvement coordonné. Retour au début II. LES PROTÉINES EN TANT QUE POLYPEPTIDES A. Les protéines sont des polypeptides, lesquels sont des polymères linéaires d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques ( figure 2-1 ).  

Les protéines sont synthétisées à partir de 20 acides aminés différents. Certains de ces acides aminés sont modifiés après incorporation dans les protéines (ex. par hydroxylation, carboxylation ou phosphorylation). Cela est appelé modification posttraductionnelle.

B. Les acides aminés sont appelés acides aminés α car ils possèdent un groupement aminé (−NH2), un groupement carboxyle (−COOH) et un « groupement-R » (R pour radical) attachés au carbone α ( figure 2-1 ).

Figure 2-1. Structure d'un acide aminé α et d'un dipeptide. 



Les groupements-R aliphatiques qui sont tous non polaires (non chargés, hydro-phobes) ( figure 2-2 ), sont caractéristiques de l'alanine, de la valine, de la leucine, de l'isoleucine et de la proline qui est un imino-acide (une amine secondaire). La glycine ne possède pas de chaîne latérale. Les groupements-R aromatiques qui sont tous non polaires, sont des composants de la phénylalanine, de la tyrosine, et du tryptophane ( figure 2-2 ).

Figure 2-2. Les 20 acides aminés rencontrés dans les protéines, classés selon leur groupement R.

Figure 2-3. Les quatre niveaux de structure d'une protéine.

  

Figure 2-4. Un pont hydrogène entre un oxygène d'un carbonyle peptidique et un azote amidique. Les groupements-R à hydroxyle qui sont légèrement polaires (non-chargés, hydrophiles), sont des constituants de la sérine et de la thréonine ( figure 2-2 ). Les groupements-R soufrés sont caractéristiques de la cystéine (un bon agent réducteur) et de la méthionine ( figure 2-2 ). Les groupements-R à carbonyle comprennent les carboxylates, acide aspartique et acide



glutamique et leurs amides, asparagine et glutamine. Les carboxylates sont chargés négativement et polaires alors que leurs amides sont non-chargées et légèrement polaires ( figure 2-2 ). Les groupements-R basiques qui sont chargés positivement et polaires (hydrophiles), sont caractéristiques de la lysine, de l'arginine et de l'histidine ( figure 2-2 ).

C. Chaque protéine a une forme caractéristique ou conformation.  

La fonction d'une protéine est une conséquence de sa conformation. La conformation d'une protéine fonctionnelle est également appelée sa structure « native ». La séquence des acides aminés d'une protéine détermine sa conformation. a. La nature planaire, rigide, des liaisons peptidiques dicte avant tout la conformation qu'une protéine peut adopter. b. La nature et l'arrangement des groupements-R déterminent plus avant la conformation.

Retour au début III. LA STRUCTURE D'UNE PROTÉINE On peut décrire quatre niveaux hiérarchiques dans la conformation d'une protéine. A. La structure primaire se réfère à l'ordre des acides aminés dans la chaîne peptidique ( figure 2-3 ).  

Le premier groupement α-aminé libre, qui s'écrit à gauche, est appelé extrémité amineterminale ou N-terminale. Le groupement α-carboxyle libre, que l'on écrit à droite, est appelé extrémité carboxyle-terminale ou C-terminale.

B. La structure secondaire est l'arrangement des liaisons hydrogène entre les azotes peptidiques et les oxygènes des carbonyles peptidiques des différents résidus d'acides aminés ( figure 2-4 , voir figure 2-3 ). 



 

Dans les structures hélicoïdales, les azotes et les oxygènes reliés par des ponts hydrogène se trouvent sur des résidus d'acides aminés proches ( figure 2-3 ). a. La structure hélicoïdale la plus fréquente est l'hélice α à enroulement droit. b. L'α-kératine des cheveux et des ongles est une protéine en hélice α. c. La myoglobine possède plusieurs régions en hélice α. d. La proline, la glycine et l'asparagine se rencontrent rarement dans les hélices α. Ce sont des « briseurs d'hélice ». Dans les feuillets β (feuillets plissés), les ponts hydrogène se font entre des résidus situés sur des chaînes peptidiques voisines ( figure 2-3 ). a. Les ponts hydrogène peuvent se trouver entre des chaînes différentes ou entre des régions éloignées de la même chaîne. b. Les brins peuvent être orientés de façon parallèle ou antiparallèle. c. La fibroïe de la soie est une protéine en feuillet β. Les coudes β, qui sont des coudes aigus dans la chaîne polypeptidique, relient des régions d'une hélice α ou d'un feuillet β. Les brins hélicoïdaux à hélice gauche sont enroulés en une triple hélice surenroulée à

l'intérieur du collagène. Protéine de structure majeure du corps, le collagène représente 25 % de l'ensemble des protéines d'un vertébré. a. La structure primaire du collagène comprend de longues séquences répétitives de « glycine-X-Y » où X et Y sont fréquemment la proline ou la lysine. La proportion élevée de résidus de proline conduit à la formation de brins hélicoïdaux à enroulement gauche. b. Seule la glycine possède un groupement R suffisamment petit pour se loger à l'intérieur de la triple hélice à enroulement droit. c. Le collagène contient aussi de l'hydroxyproline et de l'hydroxylysine. Les groupements hydroxyles sont ajoutés aux résidus de proline et de lysine par modification post-traductionnelle. C. La structure tertiaire concerne l'arrangement tridimensionnel de la chaîne poly-peptidique qui a réalisé sa structure secondaire ( figure 2-3 ). Des ponts disulfure entre les résidus de cystéine peuvent stabiliser la structure tertiaire. D. La structure quaternaire est l'arrangement des sous-unités d'une protéine qui possède plus d'une chaîne polypeptidique ( figure 2-3 ). Retour au début IV. LA SOLUBILITÉ DES PROTÉINES ET LES GROUPEMENTS-R A. Les protéines globulaires qui sont solubles en solution aqueuse saline, ont leurs groupements-R non polaires et hydrophobes repliés vers l'intérieur. Au contraire, leurs groupements-R polaires et hydrophiles tendent à être exposés en surface. B. Les protéines de membrane, qui sont dans un environnement non polaire, ont leurs groupements-R hydrophobes en surface. Retour au début V. LA DÉNATURATION DE PROTÉINES La dénaturation des protéines (désenroulement en boucles au hasard) peut résulter d'une exposition à toutes sortes d'agents : A. Des variations extrêmes de pH (ex. un acide fort ou une base forte). B. Des détergents ioniques (ex. le dodécylsulfate de sodium (SDS)). C. Des agents chaotropiques (ex. l'urée, la guanidine). D. Des ions de métaux lourds (ex. le mercure). E. Des solvants organiques (ex. l'alcool ou l'acétone). F. Une haute température. G. Des films de surface (ex. lorsque l'on bat des blancs d'œufs). Retour au début

VI. LES CORRESPONDANCES CLINIQUES A. L'anémie à hématies falciformes (drépanocytose). Dans l'hémoglobine mutante des hématies falciformes (Hgb S), la valine hydrophobe remplace le glutamate hydrophile en position 6 sur la chaîne de l'hémoglobine A normale (Hgb A). 



Maladie à hématies falciformes Les individus avec le génotype homozygote (SS) ont seulement de l'Hgb S dans leurs hématies. a. L'Hgb S désoxygénée produit des précipités fibreux, conduisant à la formation d'hématies de forme anormale connues sous le nom d'hématies falciformes. b. Les hématies falciformes, fragiles, ont une durée de vie plus courte que les hématies normales, ce qui provoque une anémie sévère. c. Ces cellules denses et inflexibles peuvent avoir de la difficulté à passer dans les capillaires tissulaires, avec pour résultat une occlusion vasculaire. d. Donc, en plus de l'anémie, les patients atteints peuvent présenter des épisodes aigus d'occlusion vasculaire (crises drépanocytaires) avec des douleurs invalidantes qui nécessitent une hospitalisation. Le « trait » drépanocytaire Les individus avec le génotype hétérozygote (AS) ont à la fois de l'Hgb A et de l'Hgb S dans leurs hématies. a. Les patients sont habituellement asymptomatiques, sans anémie. b. Ils peuvent avoir des épisodes d'hématurie (légère et qui s'arrête d'elle-même) causée par les hématies falciformes dans la médullaire rénale.

B. Le scorbut Cet état est causé par une anomalie de la synthèse du collagène provenant d'un manque de vitamine C (acide ascorbique). 





Quelques conséquences du collagène anormal dans le scorbut : a. Mauvaise cicatrisation des blessures. b. Anomalie de la formation des dents. c. Déchaussement des dents. d. Saignements des gencives. e. Rupture de capillaires. L'acide ascorbique est nécessaire à l'hydroxylation de la proline et de la lysine durant l'élaboration post-traductionnelle du collagène. a. Après la synthèse de la chaîne polypeptidique sur le réticulum endoplasmique rugueux, une partie de la proline et de la lysine est transformée en hydroxyproline et hydroxylysine. b. La réaction d'hydroxylation requiert une enzyme (hydroxylase), de l'O2 et du Fe2+. c. L'ascorbate est nécessaire au maintien du fer dans son état d'oxydation actif (Fe2+). L'hydroxyproline forme des ponts hydrogène interchaînes qui stabilisent la triple hélice du collagène. Les symptômes de scorbut sont le fait d'un collagène plus faible lorsque ces ponts hydrogène sont absents.

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3 Les enzymes NA I. LES RELATIONS ÉNERGÉTIQUES A. Les cellules ont besoin d'énergie pour faire leur travail qui comprend :    

La synthèse. Le mouvement. Le transport à travers les membranes. La génération de chaleur.

B. Les cellules obtiennent de l'énergie à partir de réactions chimiques. La variation d'énergie libre (ΔG) est la quantité d'énergie provenant de ces réactions qui est disponible pour faire du travail. Retour au début II. LA VARIATION D'ÉNERGIE LIBRE A. La variation d'énergie libre et la constante d'équilibre 





Le AG de la réaction A+B ⇋ C+D est : où ΔG0' est la variation d'énergie libre standard (quand les concentrations de tous les réactifs et produits sont de 1M et le pH = 7), R est la constante du gaz parfait (1,987 cal/mol.K) et T est la température absolue. Lorsque la réaction a atteint l'équilibre, [C] [D] / [A] [B] = Keq et ΔG = 0, donc ΔG0' est lié à Keq comme suit : ΔG0' = − RTlnKeq Le tableau 3-1 montre les relations numériques entre ΔG0' et Keq à 37 °C (310° absolus).

Tableau 3-1. Relations numériques entre ΔG ΔG0'

Keq

+ 4 255

0,001

+ 2 837

0,01

+ 1 418

0,1

0

1,0

−1 418

10,0

−2 837

100,0

−4 255

1000,0

−7 092

100 000,0

B. La spontanéité thermodynamique 





Les réactions exergoniques, où Keq est supérieur à 1 et où ΔG0' est négatif, sont des réactions spontanées (la réaction se fait vers la droite de sorte que la concentration finale des produits C et D est supérieure à celle des réactifs A et B). Les réactions endergoniques, où Keq est inférieur à 1 et où ΔG0' est positif, sont non spontanées (la réaction va vers la gauche de sorte que la concentration finale des réactifs A et B est supérieure à celle des produits C et D). ΔG0' ne permet pas de prédire la spontanéité dans les conditions intracellulaires. La spontanéité intracellulaire est fonction tout autant des concentrations réelles que de Keq. ΔG, et non pas ΔG0', est le reflet de la spontanéité intracellulaire. a. Par exemple, l'aldolase, un des réactifs de la dégradation du glucose (glycolyse), a un ΔG0' d'environ 5 500 cal/mol. Le Keq est égal à 0,001. La réaction n'est pas spontanée et va vers la gauche. b. Si les concentrations des réactifs et des produits, dans la réaction de l'aldolase, sont de 0,0001 M (une valeur intracellulaire raisonnable), ΔG est de —173 cal/mol. La réaction est spontanée et va vers la droite.

C. L'enthalpie, l'entropie et la variation d'énergie libre.  



L'enthalpie La variation d'enthalpie (ΔH) est la quantité de chaleur produite ou absorbée par une réaction. L'entropie La variation d'entropie mesure les modifications du désordre (ou de l'aspect aléatoire, randomness en anglais) du système. a. Une augmentation de l'entropie survient quand un cristal de sel se dissout, quand un soluté diffuse d'une solution plus concentrée vers une solution moins concentrée, et quand une protéine est dénaturée. b. Une diminution de l'entropie survient quand une molécule complexe est synthétisée à partir des substrats plus petits. La variation d'énergie libre est reliée à l'enthalpie et à l'entropie de la façon suivante : ΔG = ΔH − TΔS où T est la température absolue (oK).

Retour au début III. LES ENZYMES COMME CATALYSEURS BIOLOGIQUES Ces molécules contrôlent la vitesse des réactions biologiques. A. Dans une réaction où le réactif A est transformé en un produit B (A → B), le ΔG du réactif et du produit peut être figuré par rapport à « une coordonnée de réaction » qui représente le déroulement de la réaction dans les conditions standard ( figure 3-1 ). B. Le sens de la réaction

 



Comme les catalyseurs ne changent pas ΔG0', ils ne modifient ni l'ampleur ni la direction de la réaction. Si l'énergie libre de l'état de base de B est plus basse que celle de A, ΔG est négatif et la réaction va vers la droite (c'est-à-dire vers B).

Figure 3-1. L'effet d'un catalyseur sur l'énergie d'activation d'une réaction chimique A → B. La courbe continue représente la réaction en l'absence de catalyseur et la courbe en pointillé représente la réaction en présence du catalyseur. Si, à l'inverse, l'énergie libre de l'état de base de A est inférieure à celle de B, ΔG est positif et la réaction va vers la gauche (c'est-à-dire vers A).

C. La vitesse de réaction  

ΔG0' ne fournit aucune information sur la vitesse de la transformation de A en B. Quand A est transformé en B, il traverse d'abord une barrière énergétique appelée état de transition, A-B#. a. L'énergie d'activation (ΔG#) est l'énergie nécessaire pour surmonter la barrière énergétique et créer l'état de transition. b. Plus ΔG# est grand et plus la vitesse de transformation de A en B est basse.

D. Comme les autres catalyseurs, les enzymes introduisent un nouveau chemin de réaction.  

ΔG# est plus bas. La vitesse de réaction est plus rapide.

Retour au début IV. L'ÉQUATION DE MICHAELIS-MENTEN Cette expression décrit la cinétique des réactions enzymatiques. A. Dans les réactions catalysées par des enzymes, les substrats se lient aux enzymes aux sites actifs de ces dernières où la transformation en produits a lieu, suivie ensuite par la libération des enzymes intactes.

où E est l'enzyme ; S, le substrat ; E-S, le complexe enzyme-substrat ; P le produit et k1, k2 et k3, des constantes de vitesse. B. Le complexe E-S est un état de transition possédant un ΔG# plus bas que celui de la réaction non catalysée. C. La vitesse (v) de formation du produit est liée à la concentration du complexe enzymesubstrat : v = k3[ES] où k3 (une constante de vitesse) est aussi appelée kcat (particulièrement dans les manuels les plus récents). D. L'équation de Michaelis-Menten prédit la relation entre la vitesse de réaction et la concentration du substrat si la concentration de l'enzyme est maintenue constante :

où Vm est la vitesse de réaction maximum et Km, qui est égal à (k2+k3)/k1, est la constante de Michaelis. E. Km est la concentration du substrat pour laquelle v = 1/2 Vm ([S] = Km). F. La courbe représentant la vitesse de réaction en fonction de [S] est une hyperbole équilatère ( figure 3-2A ). Retour au début V. L'ÉQUATION DE LINEWEAVER-BURK Cette forme de l'équation de Michaelis-Menten, parfois nommée équation à double réciproque, représente 1/v en fonction de 1/[S] et donne une ligne droite ( figure 3-2 B ).

A. La pente est Km/Vm B. L'intersection avec l'axe Y vaut 1/Vm C. L'intersection avec l'axe X vaut − 1/Km Retour au début

VI. LA RÉGULATION DES ENZYMES A. Le pH et la température affectent tous deux l'activité des enzymes.  

Les branches de la courbe de v en fonction du pH ont souvent la forme de courbes de titration ; ce qui indique les pK approximatifs des groupes à l'intérieur du site actif ( figure 3-3 A ). La courbe de v en fonction de la température s'élève jusqu'à un maximum puis chute, parce que la dénaturation détruit l'activité enzymatique.

Figure 3-2. La vitesse de réaction d'un système catalysé par enzyme. (A) Vitesse de la réaction (v) en fonction de la concentration du substrat ([S]). (B) Graphe de Lineweaver-Burk (à double réciprocité).

Figure 3-3. Représentation graphique de l'effet du pH et de la température sur une réaction catalysée par enzyme. (A) Vitesse de la réaction (v) en fonction du pH. (B) Vitesse de la réaction (v) en fonction de la température. B. Les inhibiteurs réduisent l'activité des enzymes.







Les inhibiteurs compétitifs sont des analogues du substrat qui entrent en compétition avec le substrat au site actif de l'enzyme. a. Le Km apparent est plus grand mais le Vm reste inchangé. b. Sur un graphe de Lineweaver-Burk, la pente est augmentée, l'intersection avec l'axe X a une valeur absolue plus petite et l'intersection avec l'axe Y a une valeur inchangée. Les inhibiteurs non compétitifs se lient à un site différent du site actif. a. Le Vm est plus petit mais le Km reste inchangé. b. Sur un graphe de Lineweaver-Burk, la pente est augmentée, l'intersection avec l'axe X est inchangée et l'intersection avec l'axe Y a une valeur plus élevée ( figure 3-4 B ). 3. Les inhibiteurs incompétitifs se lient uniquement au complexe E-S. a. Le Km et le Vm sont différents. b. Sur un graphe de Lineweaver-Burk, les lignes sont parallèles.

Figure 3-4. Effets des inhibiteurs en graphe de Lineweaver-Burk. (A) Effet d'un inhibiteur compétitif. (B) Effet d'un inhibiteur non compétitif. C. La régulation allostérique. Un effecteur de bas poids moléculaire se lie à l'enzyme en un site différent du site actif (le site allostérique) et modifie son activité. 



Les enzymes allostériques comportent habituellement plus d'une sous-unité et plus d'un site actif. a. Dans le cas d'enzymes possédant de multiples sites actifs qui interagissent en coopération, les courbes de la vitesse en fonction de [S] sont des sigmoïdes ( figure 3-5 A ). b. La liaison d'une molécule substrat à un site facilite la liaison de substrat à d'autres sites. Les effecteurs peuvent avoir un effet positif ou négatif sur l'activité ( figure 3-5 B ). a. Les effecteurs positifs diminuent le Km apparent. b. Les effecteurs négatifs augmentent le Km apparent.



Figure 3-5. Influence des effecteurs allostériques sur les enzymes allostériques. (A) Vitesse de réaction (v) en fonction de la concentration du substrat ([S]) pour des enzymes présentant des cinétiques de réaction coopérative ou non coopérative. (B) Vitesse de réaction (v) en fonction de la concentration du substrat ([S]) pour une enzyme allostérique, montrant les effets des effecteurs négatifs ou positifs. Un exemple : l'hexokinase musculaire. a. L'hexokinase catalyse la première réaction lors de l'utilisation du glucose par les cellules musculaires : Glucose + ATP → glucose-6-phosphate + ADP b. L'hexokinase a un Km bas (0,1 M) comparé aux concentrations sanguines de glucose (4-5 mM), donc elle est saturée et opère à son Vm. c. Quand la glycolyse se ralentit, le glucose-6-phosphate s'accumule. d. Le glucose-6-phosphate inhibe allostériquement l'hexokinase. e. Cela maintient l'apport de glucose-6-phosphate en équilibre.

D. Les autres mécanismes de régulation des enzymes 

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L'induction ou la répression de la synthèse de l'enzyme par modification de l'expression génique. a. Dans le foie, les enzymes cytochrome P450 dégradent et détoxifient les médicaments (ex. le phénobarbital). b. Ces enzymes sont induites par les médicaments eux-mêmes. La modification covalente. a. La phosphorylase, enzyme qui dégrade le glycogène, est activée par phosphorylation d'un groupe hydroxyle particulier. b. Cette phosphorylation est stimulée par les hormones qui élèvent le glucose sanguin, comme le glucagon et l'adrénaline. L'interaction de protéine à protéine entre une enzyme et une protéine régulatrice. a. La lipase pancréatique, enzyme qui digère les graisses alimentaires, est assistée par la colipase.

b. La colipase ancre la lipase à la surface des gouttelettes graisseuses. Retour au début VII. UNE CORRESPONDANCE CLINIQUE : L'EMPOISONNEMENT PAR LE MÉTHANOL ET L'ÉTHYLÈNE-GLYCOL A. Le mécanisme de l'empoisonnement La toxicité du méthanol et de l'éthylène-glycol est due à l'action de leurs métabolites. Dans les deux cas, la première oxydation est effectuée par l'alcool déshydrogénase.  

Le méthanol est oxydé en formaldéhyde et acide formique. Les yeux sont particulièrement sensibles au formaldéhyde, ainsi l'empoisonnement au méthanol peutil rapidement conduire à la cécité. L'éthylène-glycol est oxydé en glycolaldéhyde, oxalate et lactate. La défaillance rénale provoquée par des dépôts de cristaux d'oxalate est une conséquence fréquente de l'empoisonnement par l'éthylène-glycol.

B. Le traitement consiste d'emblée en une perfusion d'éthanol.  

L'éthanol est un substrat compétitif et il déplace le méthanol et l'éthylène-glycol du site actif de l'alcool déshydrogénase. Cette mesure empêche la formation continuelle de métabolites toxiques.

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4 Le cycle de l'acide citrique et la phosphorylation oxydative NA I. L'ÉNERGIE CELLULAIRE ET L'ADÉNOSINE TRIPHOSPHATE A. Des réactions chimiques couplées fournissent l'énergie nécessaire au travail cellulaire. Les molécules-combustible réduites et riches en énergie (d'origine alimentaire) sont oxydées en séquences de réactions cataboliques appelées voies. Les réactions cataboliques sont couplées à des réactions qui ont pour résultat la combinaison de l'adénosine diphosphate (ADP) avec du phosphore inorganique (Pi) pour donner de l'adénosine triphosphate (ATP) ( figure 4-1 ). B. Les composés phosphatés à haute énergie sont souvent impliqués dans le pilotage de réactions qui, sans cela, seraient défavorables (endergoniques).  

Les liaisons de haute énergie, qui sont très ractives, ont une énergie libre d'hydrolyse (ΔGO') qui se situe entre — 7 et — 15 kcal/mol. Le niveau d'énergie des liaisons phosphate dans l'ATP ( figure 4-1 ). a. Les liaisons phosphoanhydride sont des liaisons de haute énergie. b. Les liaisons phosphate-ester sont des liaisons de basse énergie.

C. Dans une voie biochimique, une réaction exergonique (favorable) donnée peut apporter de l'énergie à une réaction endergonique (défavorable) donnée si les deux réactions ont un intermédiaire commun [ex. la formation d'oxaloacétate (OAA) est couplée à la syn thèse de l'acide citrique].

Figure 4-1. Structure de l'adénosine triphosphate montrant la localisation des liaisons phosphoanhydride de haute énergie et des liaisons phosphate-ester de basse énergie. ˜ = liaisons à haute énergie.

Figure 4-2. Le cycle du phosphate de haute énergie. D. Les autres sources d'énergie  

Le changement de la configuration des protéines (ex. la synthèse de l'ATP par les mitochondries). Les flux d'ions à travers les membranes (ex. la rotation des flagelles bactériens).

E. Les réactions de synthèse, le mouvement et les transports à travers les membranes sont couplés à des réactions qui utilisent de l'ATP et libèrent de l'ADP et du Pi( figure 4-2 ). Retour au début II. LE CYCLE DE L'ACIDE CITRIQUE( figure 4-3 ) A. Le cycle a lieu dans les mitochondries. Ces organites se retrouvent dans toutes les cellules du corps, à l'exception des globules rouges. B. Le cycle de l'acide citrique (ou cycle de l'acide tricarboxylique ou cycle de Krebs) est la voie finale commune du métabolisme oxydatif. C. L'acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA) se condense avec l'oxaloacétate (OAA) pour commencer le cycle. Le catabolisme des glucides, des graisses et des protéines fournit l'acétyl-CoA.   

Le catabolisme du glucose fournit, en fin de compte, du pyruvate qui produit de l'acétylCoA via la pyruvate déshydrogénase. Les acides gras génèrent de l'acétyl-Coa via la β-oxydation. Certains acides aminés sont dégradés en acétyl-CoA.

Retour au début III. LES PRODUITS DU CYCLE DE L'ACIDE CITRIQUE (AU COURS D'UNE RÉVOLUTION) A. La libération de deux moles de CO2 et la régénération d'une mole d'OAA pour l'oxydation d'un acétyl-CoA ; la plus grande partie du CO2 provenant du métabolisme corporel est produit de cette façon.

B. La génération de 11 molécules d'ATP via la phosphorylation oxydative.

Figure 4-3. Le cycle de l'acide citrique (cycle de l'acide tricarboxylique, cycle de Krebs). ⊕ = activateur ; ⊖ = inhibiteur ; termes en italiques = noms d'enzymes ; ∽ = composés de haute énergie. C. La production d'un équivalent de phosphate de haute énergie comme le guanosinetriphosphate (GTP) [ou l'ATP]. Retour au début IV. LA FONCTION DE SYNTHÈSE DU CYCLE DE L'ACIDE CITRIQUE

A. Les intermédiaires servent aussi de substrats pour les voies biosynthétiques et doivent donc être renouvelés. B. Les réactions anaplérotiques fournissent de l'OAA ou d'autres substances intermédiaires du cycle.    

La pyruvate carboxylase dans le foie et le rein : Pyruvate + ATP + HCO3− ⇋ OAA + ADP + Pi La phosphoénolpyruvate (PEP) carboxykinase dans le cœur et le muscle strié : Phosphoénolpyruvate + CO2 +GDP ⇋ OAA + GTP L'enzyme malique dans de nombreux tissus : Pyruvate + HCO3− + NAD(P) ⇋ Malate + NAD(P)+ La glutamate déshydrogénase dans le foie : Glutamate + NAD(P)+ + H2O ⇋ α-cétoglutarate + NAD(P)H + NH4+

Retour au début V. LA RÉGULATION DU CYCLE DE L'ACIDE CITRIQUE Le contrôle du flux des substrats à travers le cycle intervient au niveau de trois étapes hautement exergoniques ( figure 4-3 ) : A. L'acétyl-CoA se condense avec l'OAA pour donner du citrate.  

Enzyme : citrate synthase. L'ATP, un inhibiteur allostérique, augmente le Km de l'acétyl-CoA, un des substrats.

B. L'isocitrate est oxydé en α-cétoglutarate.  

Enzyme : isocitrate déshydrogénase. L'ADP est un activateur allostérique, alors que l'ATP et NADH sont des inhibiteurs.

C. L'α-cétoglutarate est transformé en succinyl-CoA.  

Enzyme : α-cétoglutarate déshydrogénase. Le succinyl-CoA et le NADH sont des inhibiteurs.

Retour au début VI. LE TRANSPORT D'ÉLECTRONS ET LA PHOSPHORYLATION OXYDATIVE A. Chaque tour du cycle de l'acide citrique génère trois NADH et un FADH2. B. Dans le système de transport d'électrons (STE) mitochondrial, les électrons quittent le NADH ou le FADH2 pour finalement réduire O2 et produire H2O ( figure 4-4 ). C. Dans les cellules aérobies, la plupart de l'ATP est produit par la phosphorylation oxydative mitochondriale, laquelle utilise l'énergie dérivée du flux d'électrons du STE pour conduire la synthèse d'ATP à partir d'ADP et de Pi. D. Le potentiel d'oxydation-réduction des électrons dépend des composés auxquels ils appartenaient auparavant.

 

Le potentiel d'oxydation-réduction est directement relié au ΔG : où E = le potentiel en volts, F = la constante de Faraday et n = le nombre d'électrons. La différence de potentiel d'oxydation-réduction entre NADH et O2 ( − 52,6 kcal/mol) ou entre FADH2 et O2 (−48 kcal/mol) est suffisante pour effectuer plusieurs fois la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP et du Pi (+7,3 kcal/mol).

Figure 4-4. Représentation graphique du système de transport d'électrons (STE) mitochondrial. Le chemin des électrons est indiqué par la large flèche noire. UQ = ubiquinone ; C = cytochrome c. Retour au début VII. L'HYPOTHÈSE CHIMIOSMOTIQUE

Cette hypothèse décrit le couplage du flux d'électrons, à travers le STE, vers la synthèse de l'ATP ( figure 4-5 ). A. Les complexes respiratoires en tant que pompes à protons Quand les électrons (e−) traversent les complexes I, II et IV, les ions hydrogène (H+) sont « pompés » à travers la membrane mitochondriale interne vers l'intérieur de l'espace intermembranaire.  

La concentration d'H+ dans l'espace intermembranaire augmente par rapport à la matrice mitochondriale. Cela génère une force protomotrice comme résultante de deux facteurs : a. La différence de pH (ΔpH). b. La différence de potentiel électrique (ΔΨ) entre l'espace intermembranaire et la matrice mitochondriale.

Figure 4-5. Représentation graphique de l'hypothèse chimiosmotique de Mitchell sur la phosphorylation oxydative.

B. Le complexe de l'ATP synthase (complexe V) Les ions hydrogène retournent vers la matrice à travers le complexe V et, ce faisant, conduisent la synthèse de l'ATP.  

Le passage d'une paire d'électrons depuis NADH vers O2, à travers le STE, génère trois ATP. Le passage d'une paire d'électrons depuis FADH2 vers O2, qui court-circuite le complexe I, génère deux ATP.

Retour au début VIII. LES CORRESPONDANCES CLINIQUES A. Les agents de découplage 





Ces substances transportent H+ à travers la membrane mitochondriale interne sans emprunter le complexe V. Cela court-circuite le gradient de protons et découple le flux d'électrons de la synthèse de l'ATP. L'énergie qui aurait été utilisée à la synthèse de l'ATP est dissipée sous forme de chaleur. Le dinitrophénol et d'autres acides organiques hydrophobes qui peuvent transporter les protons à travers la membrane mitochondriale interne, sont des agents chimiques de découplage. Le dinitrophénol a été utilisé, dans le passé, comme médicament de réduction du poids. Il a provoqué la cécité chez certains patients (la rétine possède un niveau très élevé de métabolisme oxydatif). Les mitochondries de la graisse brune, chez les mammifères nouveau-nés y compris les humains, contiennent de la thermogénine (une protéine de découplage) qui permet aux protons de traverser la membrane interne sans synthétiser de l'ATP. L'énergie est dissipée sous forme de chaleur pour maintenir normale la températue corporelle.

B. Les inhibiteurs bloquent le flux d'électrons à travers un des complexes ( tableau 4-1 ). C'est pourquoi H2S et HCN sont de tels poisons mortels. Tableau 4-1. Inhibiteurs du transport d'électrons Sites

Inhibiteurs

Complexe I

Amobarbital (barbiturique) Roténone (insecticide) Piéricidine A (antibiotique)

Complexe II

Antimycine A (antibiotique)

Complexe IV

Cyanure Sulfure d'hydrogène Monoxyde de carbone

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5 Le métabolisme des glucides NA I. LA DIGESTION ET L'ABSORPTION DES GLUCIDES A. Un glucide alimentaire est digéré dans la bouche et l'intestin et il est absorbé par l'intestin grêle. B. Les disaccharides (ex. le sucrose, le lactose), les oligosaccharides (ex. les dextrines) et les polysaccharides (ex. l'amidon) sont scindés en monosaccharides (ex. glucose, fructose).  

L'amidon, forme de stockage du glucide chez les plantes, est hydrolysé en maltose, maltotriose et en α-dextrines par l'enzyme α-amylase de la salive et du suc pancréatique. Les disaccharides et les oligosaccharides sont hydrolysés en monosaccharides par les enzymes de la surface des cellules épithéliales de l'intestin grêle.

C. Les monosaccharides sont absorbés directement par transport médié par vecteur. Ces sucres (avant tout, le glucose) voyagent jusqu'au foie par la veine porte pour :    

Oxydation en CO2 et H2O pour fournir de l'énergie. Stockage sous forme de glycogène. Transformation en triglycéride (graisse). Libération dans la circulation générale (sous forme de glucose).

Retour au début II. LE MÉTABOLISME DU GLYCOGÈNE Le glycogène, forme de stockage des glucides dans le corps humain, est rencontré avant tout dans le foie et le muscle ( figure 5-1 ). A. La glycogénèse (synthèse du glycogène)   

L'uridine-diphosphate-glucose (UDP-glucose) est le substrat activé. L'enzyme glycogène synthase ajoute des unités glycosyle aux extrémités non réductrices des chaînes existantes par liaisons α-1,4. L'enzyme branchante amylo (1 → 4) vers (1 → 6) transglycosylase déplace les pièces contenant environ sept résidus de glucose depuis les extrémités non réductrices des chaînes vers l'intérieur et crée des branches par des liaisons α-1,6.

B. La glycogénolyse (dégradation du glycogène)  

L'enzyme phosphorylase libère des unités de glucose-1-phosphate, une par une, à partir des extrémités non réductrices. L'enzyme phosphoglucomutase transforme le glucose-1-phosphate en glucose-6phosphate.



Figure 5-1. Le glycogène, un polymère d'unités de glucose liées par des liaisons α-1,4glucosidiques ainsi que des liaisons α-1,6-glucosidiques aux points de branchement. Un système débranchant libère des résidus de glucose depuis les liaisons α-1,6 aux points de branchement.

C. La régulation de la glycogénèse et de la glycogénolyse  

Le glucagon (actif sur le foie) et l'adrénaline (active sur le muscle et le foie) stimulent la glycogénolyse et inhibent la glycogénèse via la cascade de phosphorylations de la protéine kinase A liée à l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc). L'insuline stimule la glycogénèse et inhibe la glycogénolyse via la déphosphorylation dans le muscle, le foie et le tissu adipeux.

Retour au début III. LA GLYCOLYSE La voie biochimique appelée glycolyse comporte l'oxydation du glucose ( figure 5-2 ). A. La glycolyse a lieu dans le cytosol pour la plupart des tissus du corps. B. En conditions anaérobies (en l'absence d'oxygène), la glycolyse comprend la transformation du glucose en lactate : Glucose → 2Lactate + 2ATP  

La glycolyse anaérobie est caractéristique du muscle strié après un exercice prolongé. L'enzyme lactate déshydrogénase transforme le pyruvate en lactate. Le NADH produit par glycolyse devient NAD+. Aucun ATP supplémentaire n'est généré ( figure 5-3 ).

C. En conditions aérobies (en présence d'oxygène), la glycolyse transforme le glucose en CO2 et H2O : Glucose + 6O2 → 6CO2 + 6H2O 36-38 ATP  

La glycolyse aérobie est caractéristique du cerveau. Le NADH est oxydé par le système de transport d'électrons mitochondrial. L'ATP est généré par phosphorylation oxydative.

Figure 5-2. La glycolyse. Termes en italiques = noms d'enzymes.

Figure 5-3. Devenirs comparés du pyruvate en conditions anaérobies et en conditions aérobies. Termes en italiques = noms d'enzymes. D. La phosphorylation, première étape de la glycolyse, comporte la réaction du glucose en présence d'hexokinase ou de glucokinase pour donner du glucose-6-phosphate ( figure 5-2 ). 



L'hexokinase est retrouvée dans le cytosol de la plupart des tissus. Elle a plusieurs propriétés : a. Une faible spécificité, ce qui signifie qu'elle peut catalyser la phosphorylation d'une large variété d'hexoses. b. Un Km bas, ce qui veut dire qu'elle est saturée aux concentrations normales du glucose sanguin. c. Elle est inhibée par le glucose-6-phosphate, ce qui empêche les cellules d'accumuler trop de glucose (la phosphorylation emprisonne le glucose à l'intérieur des cellules). La glucokinase (hexokinase D) est présente dans le foie, et le pancréas (cellules β). Elle a plusieurs propriétés : a. Une spécificité élevée pour le glucose. b. Un Km élevé (au dessus de la concentration normale du glucose sanguin). c. Elle est inhibée par le fructose-6-phosphate, ce qui assure que le glucose sera phosphorylé à la même vitesse que celle à laquelle il sera métabolisé.

E. Durant la première phase de la glycolyse (cinq réactions), une mole de glucose est transformée en deux moles de glycéraldéhyde-3-phosphate. Deux moles d'ATP sont consommées pour chaque mole de glucose. F. Durant la seconde phase (cinq réactions), les deux moles de glycéraldéhyde-3-phosphate sont oxydées en deux moles de pyruvate. Quatre moles d'ATP et deux moles de NADH sont générées pour chaque mole de glucose. G. Le NADH, lui-même, ne traverse pas la membrane mitochondriale interne. 



La navette du glycérol phosphate (dans la plupart des tissus) transfère les électrons du NADH cytosolique au FADH2 mitochondrial. Cela génère deux moles d'ATP par mole de NADH cytosolique ou 36 moles d'ATP par mole de glucose oxydé. La navette malate-aspartate (dans le cœur, le muscle et le foie) transfère les électrons au NADH mitochondrial. Cela génère trois moles d'ATP par mole de NADH cytosolique ou 38 moles d'ATP par mole de glucose.

Retour au début IV. LA NÉOGLUCOGÉNÈSE Ce processus qui a lieu principalement dans le foie et le rein est la synthèse de glucose à partir de petits précurseurs non glucidiques tels que le lactate et l'alanine. A. La néoglucogénèse implique les réactions réversibles de la glycolyse. Pour court-circuiter les étapes non réversibles de la glycolyse, des réactions séparées ont lieu.   

La transformation du pyruvate en phosphoénolpyruvate (PEP) ( figure 5-4 ) courtcircuite la pyruvate kinase. La transformation du fructose-1,6-biphosphate en fructose-6-phosphate par la fructose 1,6-biphosphatase court-circuite la phosphofructokinase. La transformation du glucose-6-phosphate en glucose par la glucose-6-phosphatase court-circuite l'hexokinase.

Figure 5-4. Les voies entre le pyruvate et le phosphoénolpyruvate. Le glucagon élève l'AMPc intracellulaire, ce qui stimule la phosphorylation par la protéine kinase A et l'inactivation de la pyruvate kinase. Termes en italiques = noms d'enzymes. ; ⊕ = stimulation ; ⊖ = inhibition. B. Le glucose issu de la néoglucogénèse est libéré dans le courant sanguin afin d'être transporté vers les tissus comme le cerveau et le muscle en exercice. C. Les substrats de la néoglucogénèse :   

Le lactate. Le pyruvate. Le glycérol.



4. Les substances qui peuvent être transformées en oxalacétate via le cycle de l'acide citrique (comme les radicaux carbonés des acides aminés).

D. Le cycle de Cori décrit la navette des substrats néoglucogéniques entre le muscle et le foie.  

Le lactate provenant du muscle en exercice (ou ischémique) est conduit au foie par la circulation et sert de substrat pour la néoglucogénèse. Le foie libère le glucose resynthétisé dans la circulation pour le transporter en retour vers le muscle.

Retour au début V. LA RÉGULATION DE LA GLYCOLYSE ET DE LA NÉOGLUCOGÉNÈSE A. Cela est assuré par le contrôle de l'amplitude et de la direction du flux à deux stades.  

Entre le fructose-6-phosphate et le fructose-1,6-biphosphate. Les activités de la phosphofructokinase-1 et de la fructose-1,6-biphosphatase sont régulées par les apports en nucléotides d'adénine, de citrate et de fructose-2,6-biphosphate ( figure 5-5 ). Entre le PEP et le pyruvate ( figure 5-4 ).

Figure 5-5. Régulation de la phosphofructokinase et de la fructose-6-phosphatase dans les cellules hépatiques. Le glucagon élève l'AMPc intracellulaire, ce qui stimule la phosphorylation par la protéine kinase A de l'enzyme bi-fonctionnelle phosphofructokinase-2/fructosebiphosphatase-2 (PFK-2/FBPase-2). La phosphorylation accroît l'activité de la FBPase-2 et diminue l'activité de la PFK-2. En retour, la chute résultante du fructose-2,6-biphosphate (F2,6BP) inactive la PFK-1 et active la FBPase-1, menant à un flux accru de transformation du F2,6-BP en fructose-6-phosphate, favorisant ainsi la néoglucogénèse par rapport à la glycolyse. Termes en italiques = noms d'enzymes ; ⊕ = stimulation ; ⊖ = inhibition. B. Durant le jeûne, le glucose sanguin est bas et du glucagon est sécrété, favorisant ainsi la

néoglucogénèse dans le foie. C. Après un repas (état d'absorption), le glucose sanguin est élevé et la sécrétion de glucagon est supprimée, favorisant la glycolyse. Retour au début VI. LA VOIE DES PENTOSES PHOSPHATE Cette voie peut fonctionner comme forme alternative de la glycolyse ou peut être un chemin de l'oxydation complète du glucose (elle commence avec le glucose-6-phosphate) ( figure 5-6 ). A. La portion oxydative irréversible génère du NADPH qui est nécessaire aux voies biosynthétiques comme la synthèse des acides gras et du cholestérol. B. La portion non oxydative réversible réarrange les sucres de façon à leur permettre de d'entrer dans la voie glycolytique. C. Le ribose-5-phosphate, nécessaire à la synthèse des nucléotides, peut être formé, à partir du glucose-6-phosphate, par l'un ou l'autre embranchement. Retour au début VII. LE MÉTABOLISME DU SUCROSE ET DU LACTOSE A. Le sucrose (sucre de canne) et le lactose (sucre du lait), disaccharides alimentaires très répandus, sont digérés dans l'intestin grêle et apparaissent dans la circulation sous forme de monosaccharides. Certains monosaccharides ont des voies métaboliques spé cialisées. B. L'enzyme sucrase transforme le sucrose en glucose et fructose.    

L'enzyme hexokinase peut transformer le fructose en fructose-6-phosphate via phosphorylation dans le muscle et le rein. Le fructose entre dans la glycolyse par un chemin différent dans le foie ( figure 5-7 ). Le dihydroxyacétone-phosphate (DHAP) entre dans la glycolyse directement. Après la réduction de la glycéraldéhyde en glycérol, elle est phosphorylée et, ensuite, réoxydée en DHAP.

C. L'enzyme lactase transforme le lactose en glucose et galactose.  

L'enzyme galactokinase catalyse la réaction du galactose en galactose-1-phosphate via phosphorylation. A la suite d'une série de réactions, le galactose-1-phosphate devient du glucose-1phosphate ( figure 5-8 ).

Figure 5-6. La voie des pentoses phosphate. Sédo7-P = sédoheptulose-7-phosphate ; éry-4-P = érythrose-4-phosphate ; termes en italiques = noms d'enzymes.

Figure 5-7. La voie hépatique d'entrée du fructose dans la glycolyse. Termes en italiques = noms d'enzymes.

Figure 5-8. La voie de transformation du galactose en glucose-1-phosphate. Termes en italiques = noms d'enzymes. Retour au début VIII. LES CORRESPONDANCES CLINIQUES A. Les maladies du stockage du glycogène sont des déficits enzymatiques héréditaires ( tableau 5-1 ). B. Les déficits enzymatiques héréditaires du métabolisme du sucrose.  

Le déficit en fructokinase provoque la fructosurie essentielle, une anomalie bénigne. Certains individus présentent un déficit de la fructose-1-phosphate aldolase qui provoque l'intolérance héréditaire au fructose, caractérisée par une sévère hypoglycémie lors de l'ingestion de fructose (ou de sucrose).

Tableau 5-1. Effets cliniques des maladies du stockage du glycogène Nom et type de maladie

Déficience enzymatique

Tissus

Glycogène dans Manifestations les cellules cliniques atteintes

Von Gierke

Glucose-6-phosphatase

Foie et rein

Quantité augmentée ;

Hépatomégalie, blocage du

(type I)

structure normale

développement, hypoglycémie, cétose, hyperuricémie, hyperlipidémie.

Pompe (type II)

α-1,4-glucosidase

Lysosome s, tous organes.

Quantité augmentée ; structure normale

Défaillance des systèmes cardiaque et respiratoire, mort avant l'âge de deux ans.

Cori (type III)

Enzyme débranchante

Muscle et foie

Quantité augmentée ; branches extérieures courtes

Semblables au type II mais moins marquées

Anderson Enzyme branchante (type IV)

Foie et rate

Quantité Cirrhose du foie ; normale ; mort avant 2 ans branches extérieures très longues

McArdle (type V)

Phosphorylase

Muscle

Quantité légèrement augmentée ; structure normale

Crampes musculaires douloureuses lors de l'exercice

Hers (type VI)

Phosphorylase

Foie

Quantité augmentée

Semblables au type I mais moins marquées

Type VII

Phosphofructokinase

Muscle

Quantité augmentée ; structure normale

Semblables au type V

Type VIII

Phosphorylase kinase

Foie

Quantité augmentée ; structure normale

Légère hépatomégalie ; légère hypoglycémie

C.Les déficits enzymatiques héréditaires du métabolisme du lactose.  

Le déficit en lactase se développe parfois au cours de la vie adulte et provoque l'intolérance au lait avec météorisme, flatulence et diarrhée. Le déficit en galactokinase provoque une forme légère de galactosémie avec formation



précoce d'une cataracte. Le déficit en galactose-1-phosphate-uridyl transférase provoque une forme sévère de galactosémie avec blocage du développement, arriération mentale et même une mort précoce.

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6 Le métabolisme des lipides NA I. LES FONCTIONS DES LIPIDES A. La graisse (triacylglycérol, TG)   

Principale réserve de combustible du corps. Matelassage pour protéger les tissus délicats (ex. l'œil, le rein) contre les traumatismes. Isolation contre la perte de chaleur.

B. Les phospholipides Ces substances sont des composants-clé des membranes biologiques et des lipoprotéines qui transportent les lipides dans le sang. C. Les sphingolipides sont aussi des composants des membranes. D. Le cholestérol  

Composant-clé des membranes. Précurseur des acides biliaires, des sels biliaires et de plusieurs hormones (ex. les stéroïdes surrénaliens, les stéroïdes sexuels, le calcitriol).

Retour au début II. LA DIGESTION DES LIPIDES( figure 6-1 ) A. La digestion Comme de nombreux lipides sont insolubles dans l'eau, ils doivent être émulsifiés pour que les enzymes en phase aqueuse puissent les digérer.     

Dans la bouche, les TG à chaîne moyenne sont d'abord hydrolysés par l'enzyme lipase. Ce processus se poursuit dans l'estomac, produisant un mélange de diacylglycérols et d'acides gras libres (AGL). Dans le duodénum, les lipides alimentaires sont émulsionnés par des sels biliaires, synthétisés dans le foie à partir du cholestérol. Dans l'intestin grêle, les graisses émulsionnées sont hydrolysées par la lipase pancréatique, les phospholipides par la phospholipase A et les esters de cholestérol par une cholestérol estérase. Des micelles de mélange se forment qui contiennent des acides gras ; des diacylglycérols ; des monoacylgycérols ; des phospholipides ; du cholestérol ; des vitamines A, D E et K et des acides biliaires. Les micelles sont absorbées par les cellules des microvillosités de l'intestin grêle et elles sont ensuite métabolisées ; les produits sont transportés vers la circulation. a. Les TG à chaîne moyenne sont hydrolysés. b. Les acides gras à chaîne moyenne (AGCM, 8-10 carbones) passent dans le sang de la veine porte. c. Les acides gras à longue chaîne (AGLC, > 12 carbones) sont réincorporés dans les TG.

d. Les TG sont incorporés dans des chylomicrons qui passent par les lymphatiques et entrent dans la circulation par le canal thoracique.

Figure 6-1. Schéma de la digestion des graisses.

B. Le transport. Les lipides sont transportés vers les tissus dans le plasma sanguin, principalement sous forme de lipoprotéines qui sont des particules sphériques avec un centre contenant des proportions variées de triacylglycérols hydrophobes et d'esters de cholestérol et une couche externe de cholestérol, de phospholipides et d'apoprotéines spécifiques. Retour au début III. L'ABSORPTION DES LIPOPROTÉINES A. Un lipide exogène (provenant de l'intestin), excepté pour les AGCM, est libéré dans le plasma sous forme de chylomicrons.   

Les chylomicrons, les plus grosses et les moins denses des lipoprotéines plasmatiques, contiennent une grande proportion de TG. Le TG des chylomicrons est hydrolysé en AGL et glycérol par une lipoprotéine lipase à la surface de l'endothélium capillaire du muscle et du tissu adipeux ( figure 6-2 ). Les reliquats de chylomicrons, riches en cholestérol, voyagent jusqu'au foie où ils sont pris en charge par l'endocytose médiée par récepteur (EMR). Ils sont dégradés dans les lysosomes.

Figure 6-2. Transport des lipides exogènes dans le sang. A, B48, C, E = apoprotéines A, B48, C, E ; CH = cholestérol ; CHE = esters de cholestérol ; AGL = acides gras libres ; HDL = lipoprotéine de haute densité (high-density lipoprotein) ; PL = phospholipide ; TG = triacylglycérol. B. Certains AGL sont libérés dans la circulation par le tissu adipeux et ils sont absorbés par les cellules musculaires pour oxydation. D'autres AGL peuvent être stockés par le tissu adipeux.  

Les AGL peuvent être liés à la sérum albumine (auquel cas, ils sont appelés acides gras non estérifiés) et sont transportés vers les autres tissus. Le triacylglygérol du tissu adipeux est hydrolysé par la lipase hormono-sensible en AGL

et glycérol. La lipase est activée par le glucagon et l'adrénaline via l'action en cascade d'adényl cyclase/cAMP/protéine kinase A. C. Un lipide endogène (du foie) est libéré dans le sang sous forme de lipoprotéine de très basse densité (VLDL, very-low-density lipoprotein) ( figure 6-3 ).

Figure 6-3. Transport des lipides endogènes dans le sang. A, B100, C, E = apoprotéines A, B100, C, E ; CH = cholestérol ; CHE = esters de cholestérol ; HDL = lipoprotéine de haute densité ; LDL = lipoprotéine de basse densité (low-density lipoprotein) ; LPL = lipoprotéine lipase ; TG = triacylglycérol ; VLDL = lipoprotéine de très basse densité (very-low-density lipoprotein).  



Le triglycéride VLDL est hydrolysé par l'enzyme lipoprotéine lipase en AGL et glycérol, donnant des lipoprotéines de basse densité (LDL, low-density lipoprotein). Les LDL sont retirées de la circulation par l'EMR (endocytose médiée par récepteur) dans les tissus qui contiennent des récepteurs LDL (en partie dans les tissus périphériques qui ont besoin de cholestérol mais surtout dans le foie). a. Le LDL cholestérol inhibe la HMG coenzyme A (CoA) réductase, étape limitant le rythme de synthèse du cholestérol cellulaire. b. Le LDL cholestérol régule à la baisse la synthèse du récepteur LDL, causant en retour une diminution de la capture de LDL. Les lipoprotéines de haute densité (HDL) sont synthétisées dans le foie. Elles échangent apoprotéines et lipides entre les particules de lipoprotéines plasmatiques et servent également au transport du cholestérol en sens inverse.

Retour au début IV. L'OXYDATION DES ACIDES GRAS A. Les acides gras sont oxydés dans la matrice mitochondriale. Le processus d'ensemble est le suivant :

B. Les acides gras doivent être activés en leurs acyl-CoA-thiodiesters ( figure 6-4 ).   

Les acides gras à longue chaîne, AGLC, (> 12) sont activés dans le cytosol. Les acyl-CoA à longue chaîne ne peuvent traverser la membrane mitochondriale interne. Ils sont convoyés vers la matrice par le système de transport (navette) de la carnitine ( figure 6-4 ). Les acides gras à chaîne moyenne, AGCM, (< 12) passent directement dans les mitochondries et sont activés dans la matrice.

Figure 6-4. L'activation des acides gras et la navette de la carnitine pour le transport des acides gras à longue chaîne vers la matrice mitochondriale. Termes en italiques = noms d'enzymes. C. L'acyl-CoA lipidique est oxydé en CO2 et H2O par le système de β-oxydation mitochondrial ( figure 6-5 ).   

La β-oxydation se poursuit en cycle continu jusqu'à ce que toute la fraction acide gras ait été transformée en acétyl-CoA. Chaque cycle de β-oxydation génère 5 ATP via le système de transport d'électrons et 12 ATP via l'action combinée du cycle de l'acide citrique et du système de transport d'électrons. Les trois carbones terminaux des acides gras à nombre impair de carbones donnent du propionyl-CoA comme produit final de la β-oxydation. a. Le propionyl-CoA, qui peut être carboxylé en succinyl-CoA dans une suite de trois réactions nécessitant de la biotine et de la vitamine B12, entre ensuite dans le cycle de

l'acide citrique. b. Le propionyl-CoA peut être utilisé pour la néoglucogénèse. D. La cétogénèse Une partie de l'acétyl-CoA issu de la β-oxydation est métabolisé en acétoacétate et βhydroxybutyrate dans le foie.

Figure 6-5. La voie de la β-oxydation des acides gras. Termes en italiques = noms d'enzymes.     

L'acétyl-CoA réagit avec l'acétoacétyl-CoA, formant de l'hydroxyméthylglutaryl-CoA (HMG-CoA). L'HMG-CoA se scinde pour donner de l'acétoacétate et de l'acétyl-CoA. L'acétoacétate peut être réduit par le NADH en β-hydroxybutyrate et une partie de l'acétoacétate se décarboxyle spontanément en acétone. Les tissus extrahépatiques, particulièrement le muscle cardiaque, peuvent activer l'acétoacétate aux dépens du succinyl-CoA et brûler l'acétoacétyl-CoA pour obtenir de l'énergie. Le cerveau privé de glucose peut utiliser l'acétoacétate comme combustible parce que cette substance est librement soluble dans la sang et traverse aisément la barrière hémato-méningée.

Retour au début V. LA SYNTHÈSE DES ACIDES GRAS A. Ce processus est effectué par l'acide gras synthase, un complexe multienzymatique situé dans le cytosol. Les substrats de départ sont l'acétyl-CoA et le malonyl-CoA ( figure 6-6 ). B. L'acétyl-CoA est formé dans les mitochondries, principalement par l'enzyme pyruvate déshydrogénase.

Figure 6-6. Origine des substrats destinés à la synthèse des acides gras. Termes en italiques = noms d'enzymes.

Figure 6-7. La navette du citrate pour le transport de l'acétyl-CoA de la mitochondrie au cytosol.  

L'acétyl-CoA est transporté des mitochondries vers le cytosol par la navette citratemalate-pyruvate ( figure 6-7 ). Les électrons d'un NADH sont transférés au NADPH qui est alors disponible pour les étapes réductrices de la synthèse des acides gras. Le NADPH est également approvisionné par le cycle des pentoses-phosphate.

C. Le malonyl-CoA est formé par la carboxylation biotine-dépendante de l'acétyl-CoA ( figure 6-6 ). D. Les fractions acétyle et malonyle sont transférées du soufre du CoA à des groupes sulfhydryle actifs de l'acide gras synthase ( figure 6-6 ) où la séquence de synthèse se produit ( figure 6-8 ).  

Les activités enzymatiques, à l'intérieur du complexe, effectuent condensation, réduction, déshydratation et réduction. Sept cycles d'activité conduisent à la production de palmityl-enzyme qui est hydrolysée pour donner les produits finaux, palmitate et acide gras synthase.

Figure 6-8. Les réactions de la synthèse des acides gras. ACP = acyl carrier protein (protéine trans-porteur d'acyles) ; Cy = résidu cystéinyle ; HS = groupe sulfhydryle. E. Le palmitate sert de précurseur pour les acides gras les plus longs et insaturés. Des systèmes d'élongation et de désaturation permettent la synthèse de toute une variété d'acides gras polyinsaturés. 







Les systèmes d'élongation sont situés dans les mitochondries et le réticulum endoplasmique. C16 → C18 → C20 Un système de désaturation se trouve également dans le réticulum endoplasmique. Ce système de désaturation ne peut insérer de doubles liaisons à plus de neuf carbones du groupe acide carboxylique. Les limitations du système de désaturation imposent un besoin alimentaire en acides gras essentiels (ceux présentant des doubles liaisons à plus de 10 carbones de l'extrémité carboxyle). L'acide linoléique, les acides linoléniques, qui sont des acides gras essentiels, répondent à ce besoin. L'acide linoléique sert de précurseur à l'acide arachidonique, début de la cascade de

l'arachidonate qui synthétise les prostaglandines, les thromboxanes et les éicosanoïdes. Retour au début VI. LA SYNTHÈSE DES GLYCÉRO (PHOSPHO) LIPIDES Ce processus est effectué par le foie, le tissu adipeux et l'intestin ( figure 6-9 ). A. Les voies de synthèse commencent avec le glycérol-3-phosphate qui est produit principalement en réduisant le dihydroxyacétone-phosphate par le NADH. B. Les transferts succssifs de groupes acyles de l'acyl-CoA vers les carbones 1 et 2 du glycérol-3phosphate produit le phosphatidate qui peut ensuite être transformé en toute une variété de lipides.    

Le triacylglycérol qui résulte du transfert d'un groupe acyle de l'acyl-CoA. La phosphatidyl-choline et la phosphatidyl-éthanolamine qui résultent d'un transfert de la base depuis son dérivé cytidine-diphosphate (CDP). La phosphatidylsérine qui résulte du remplacement d'une choline par une sérine. Le phosphatidylinositol qui résulte de la réaction du CDP-diacylglycérol avec l'inositol.

Retour au début VII. LA SYNTHÈSE DES SPHINGOLIPIDES( figure 6-10 ) A. La synthèse des sphingolipides, qui ne contiennent pas de glycérol, commence avec le palmityl-CoA et la sérine. Ces substances sont utilisées pour produire la dihydrosphin-gosine et la sphingosine.

Figure 6-9. Synthèse des principaux phospholipides. CDP = cytidine diphosphate ; CMP = cytidine monophosphate.

Figure 6-10. Synthèse des sphingolipides. NAN = acide N-acétyl-neuraminique ; R = acide gras à longue chaîne ; UDP-Gal = UDP-galactose. B. Quand la sphingosine est acylée sur C2-NH2, cela produit de la céramide. Des groupes supplémentaires peuvent être ajoutés au C1-OH des céramides. Retour au début VIII. LA SYNTHÈSE DU CHOLESTÉROL A. Le cholestérol est synthétisé dans le foie et dans la muqueuse intestinale à partir de l'acétylCoA au cours d'un processus à plusieurs étapes ( figure 6-11 ). B. L'intermédiaire-clé dans la synthèse du cholestérol est l'HMG-CoA.  

L'enzyme régulatrice est l'HMG-CoA réductase, le réducteur est le NADPH, et le produit est l'acide mévalonique. Une augmentation des quantités intracellulaires de cholestérol conduit à l'inhibition de l'HMG-CoA réductase et à une dégradation accélérée de l'enzyme.

C. L'acide mévalonique est le précurseur d'un grand nombre de produits naturels appelés terpènes qui comprennent la vitamine A, la vitamine K, le coenzyme Q et le caoutchouc naturel.

Figure 6-11. Résumé de la synthèse du cholestérol. Termes en italiques : noms d'enzymes. D. Le cholestérol est également transformé en hormones stéroïdes dans le cortex surrénalien, l'ovaire, le placenta et les testicules. E. La plus grande partie du cholestérol est oxydée en acides biliaires dans le foie. Le 7déshydrocholestérol est le point de départ de la synthèse de la vitamine D. Retour au début IX. LES CORRESPONDANCES CLINIQUES A. La malabsorption des lipides, menant à un excès de graisses dans les selles (stéatorrhée), survient pour diverses raisons : 

 

L'obstruction de la voie biliaire. Environ 50 % des graisses alimentaires sont retrouvées dans les selles sous forme de savons [sels métalliques des AGLC (acides gras à longue chaîne)]. L'absence des pigments biliaires produit des selles décolorées, couleur de craie, et il peut exister une carence en vitamines A, D, E et K. L'obstruction du canal pancréatique. Les selles contiennent des graisses non digérées. L'absorption des vitamines A, D, E et K n'est pas suffisamment altérée pour entraîner des symptômes de carence. Les maladies de l'intestin grêle (ex. maladie cœliaque, abêtalipoprotéinémie, sprue non tropicale, inflammations de l'intestin) peuvent altérer l'absorption des lipides.

B. Les hyperlipidémies 



La défaillance des récepteurs LDL conduit à l'hypercholestérolémie familiale. a. Il existe une athérosclérose sévère et la mort précoce survient par maladie coronarienne. b. Le traitement par les inhibiteurs de l'HMG-CoA réductase, comme la lovastatine ou la pravastatine, peut faire baisser le cholestérol sanguin. L'hypertriglycéridémie peut résulter soit d'une surproduction de VLDL, soit d'une



défaillance de la lipolyse des triglycérides VLDL. Le taux de cholestérol peut être modérément élevé. Dans les hyperlipidémies mixtes, le cholestérol sérique et les triglycérides sériques sont élevés. a. Il y a à la fois une surproduction de VLDL et une défaillance de la lipolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (VLDL et chylomicrons). b. Il existe un danger de pancréatite aiguë.

C. L'expression clinique des perturbations de l'oxydation des acides gras 



Les atteintes héréditaires du système de transport de la carnitine ont des symptômes très variés. a. L'hypoglycémie ainsi qu'un certain degré d'atteinte musculaire et de douleurs musculaires sont généralement présents. b. Une dégénérescence musculaire avec accumulation de graisse dans le muscle peut être présente dans les formes sévères. c. L'apport alimentaire de triacylglycérols à chaîne moyenne (ex. la graisse du beurre) est utile dans certains cas puisque les acides gras à chaîne moyenne, AGCM, peuvent court-circuiter le système de transport de la carnitine. Les atteintes héréditaires des acyl-CoA déshydrogénases, la plus répandue étant l'atteinte de l'acyl-CoA à chaîne moyenne (C6 à C12) déshydrogénase : a. L'hypoglycémie hypocétosique et l'acidurie dicarboxylique surviennent, avec vomissements, léthargie puis coma. b. On pense que cela rend compte de l'affection dite « semblable au syndrome de Reye ».

D. Les sphingolipidoses Les sphingolipides sont normalement dégradés dans les lysosomes des cellules phagocytaires. Un certain nombre d'anomalies du stockage des sphingolipides peuvent se produire ( tableau 6-1 ) comme conséquence d'une atteinte d'une des enzymes lysosomales. Tableau 6-1. Anomalies du stockage des sphingolipides Anomalie

Substance accumulée

Manifestations cliniques

Maladie de Tay-Sachs

Ganglioside GM2

Arriération mentale, cécité, tache rouge cerise sur la macula, mort vers la troisième année.

Maladie de Gaucher

Glucocérébroside

Augmentation de volume du foie et de la rate, usure osseuse, arriération mentale (parfois).

Maladie de Fabry

Céramide-trihexoside

Éruption cutanée, défaillance rénale, douleurs des membres inférieurs.

Maladie de NiemannPick

Sphingomyéline

Augmentation de volume du foie et de la rate, arriération mentale.

Leucodystrophie à cellules globoïdes (Maladie de Krabbe)

Galactocérébroside

Arriération mentale, absence de myéline.

Leucodystrophie métachromatique

Sulfatide

Arriération mentale, métachromasie ; les nerfs prennent une coloration brunjaune avec le colorant violet de cristal.

Gangliosidose généralisée

Ganglioside GM1

Arriération mentale, augmentation de volume du foie, anomalies squelettiques.

Maladie de Sandhoff

Ganglioside GM2, globoside

Les mêmes que dans la maladie de Tay-Sachs, mais évolution plus rapide.

Fucosidose

Pentahexosylfucoglycolipide

Dégénérescence cérébrale, spasticité et épaississement de la peau.

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7 Le métabolisme des acides aminés NA I. LES FONCTIONS DES ACIDES AMINÉS A. La synthèse de nouvelles protéines requiert des acides aminés. La source principale des acides aminés se trouve dans les protéines de l'alimentation. La dégradation des protéines tissulaires fournit aussi des acides aminés. B. Les acides aminés servent de substrats azotés pour la biosynthèse :    

Des acides aminés non essentiels. Des purines et des pyrimidines. Des porphyrines. Des neurotransmetteurs et des hormones.

C. Les radicaux carbonés des acides aminés en surplus qui ne sont pas nécessaires aux voies des synthèses sont utilisés comme combustible énergétique. Ils peuvent être :   

Oxydés dans le cycle de l'acide tricarboxylique (ATC) pour produire de l'énergie. Utilisés comme substrat pour la néoglycogénèse. Utilisés comme substrats dans la synthèse des acides gras.

Retour au début II. L'ÉLIMINATION DE L'AZOTE DES ACIDES AMINÉS A. La désamination, premier pas du métabolisme des acides aminés en surplus, donne un αcétoacide et un ion ammonium (NH4+). B. La transdésamination opère la désamination au travers de l'action successive des enzymes transdésaminase (aminotransférase) et glutamate déshydrogénase ( figure 7-1 ). C. L'apparition de l'aspartate aminotransférase et de l'alanine aminotransférase dans le sang est l'indice d'une lésion tissulaire, particulièrement du muscle cardiaque (ASAT) et du foie (ASAT et ALAT). Retour au début III. LE CYCLE DE L'URÉE ET LA DÉTOXICATION DU NH4+ A. NH4+ est toxique pour le corps humain, particulièrement pour le système nerveux central (SNC). B. La conversion de NH4+ en urée se produit dans le foie via le cycle de l'urée. L'urée est excrétée dans l'urine ( figure 7-2 ). C. Dans les tissus périphériques, la détoxication du NH4+, qui est finalement converti en urée dans le foie, se produit par différents mécanismes : 

1. Dans la plupart des tissus, l'enzyme glutamine synthétase incorpore NH4+ dans du glutamate pour former de la glutamine qui transportée par la circulation jusqu'au foie. Là, l'enzyme glutaminase hydrolysé, en sens inverse, la glutamine en NH4+ et en



glutamate. Dans le muscle strié, l'action successive des enzymes glutamate déshydrogénase et glutamate-pyruvate aminotransférase peut mener à l'incorporation de NH4+ dans l'alanine. L'alanine est transportée jusqu'au foie où la transdésamination a pour résultat de retransformer l'alanine en pyruvate et NH4+.

Figure 7-1. Désamination d'un acide aminé par l'action successive d'une aminotransférase et de la glutamate déshydogénase. L'α-cétoglutarate et le glutamate sont une paire correspondante d'α-cétoacide-acide aminé. PLP = pyroxidal phosphate ; ⊕ = activation ; ⊖ = inhibition ; termes en italiques = noms d'enzymes. D. L'hyperammoniémie    



Cet état pathologique peut être dû à une élimination rénale insuffisante du NH4+, provenant d'anomalies concernant une des enzymes du cycle de l'urée. Un taux sanguin d'ammoniaque au dessus des valeurs normales (30-60 µM) peut entraîner un coma dû à l'intoxication par l'ammoniaque. L'intoxication par l'ammoniaque peut conduire à l'arriération mentale, à des crises comitiales, au coma et à la mort. Les déficits enzymatiques a. Quand l'activité de l'enzyme carbamyl-phosphate synthétase ou de l'ornithinecarbamyl transférase est basse, les concentrations d'ammoniaque dans le sang et l'urine s'élèvent et l'intoxication par l'ammoniaque survient. b. Quand l'une ou l'autre des enzymes argininosuccinate synthétase, argininosuccinase ou arginase est défaillante, le taux sanguin du métabolite immédiatement en amont de la défaillance augmente. L'ammoniémie peut aussi s'élever. Le traitement consiste en une restriction de la ration protéique, en l'absorption de mélanges de cétoacides qui soient les correspondants des acides aminés essentiels et en l'apport de benzoate et phénylacétate afin de fournir une voie alternative pour l'excrétion de l'ammoniaque.

Figure 7-2. Le cycle de l'urée. Termes en italiques : noms d'enzymes. Retour au début IV. LES RADICAUX CARBONÉS DES ACIDES AMINÉS Les acides aminés peuvent être classés en différentes familles selon le point où leur radical carboné, partie de leur structure qui demeure après la désamination, entre dans le cycle de l'ATC (acide tricarboxylique) ( figure 7-3 et tableau 7-1 ). A. Les radicaux carbonés des acides aminés passent par une série de réactions dont les produits peuvent être glucogéniques, cétogéniques ou les deux. B. La famille de l'acétyl-CoA (aussi appelée famille des acides aminés cétogéniques) [isoleucine, leucine, lysine, phénylalanine, tryptophane et tyrosine].

Figure 7-3. Schéma montrant où les acides aminés entrent dans le cycle de l'acide tricarboxylique (ATC). 



L'acétyl-CoA est le point de départ de la cétogénèse mais ne peut être utilisé pour la néoglycogénèse pure. La leucine et la lysine sont exclusivement des acides aminés cétogéniques. Les quatre autres acides aminés qui produisent l'acétyl-CoA sont à la fois cétogéniques et glucogéniques. La première étape dans le métabolisme de la phénylalanine est sa transformation en tyrosine par l'enzyme phénylalanine hydroxylase. La tyrosine est le composant de départ pour la synthèse de plusieurs produits importants ( figure 7-4 ) : a. L'adrénaline et la noradrénaline, catécholamines sécrétées par la médullosurrénale, b. La tri-iodithyronine et la thyroxine, hormones sécrétées par la glande thyroïde, c. La dopamine et la noradrénaline, catécholamines et neurotransmetteurs, d. La mélanine, pigment de la peau et des cheveux.

C. La famille de l'α-cétoglutarate (arginine, histidine, glutamate, glutamine et proline).  

L'histidine est le précurseur de l'histamine, une substance libérée par les mastocytes au cours de l'inflammation. Le glutamate est un neurotransmetteur excitateur. De plus, il peut être transformé en

acide y-aminobutyrique (GABA), un neurotransmetteur inhibiteur. D. La famille du succinyl-CoA (isoleucine, méthionine et valine).  

L'atome de soufre de la méthionine peut être utilisé dans la synthèse de la cystéine. Le groupe méthyle de la méthionine peut participer à des réactions de méthylation sous la forme de S-adénosylméthionine (SAM).

Tableau 7-1. Les acides aminés classés selon leur point d'entrée dans le cycle de l'acide tricarboxylique (ATC). Substrat dans le cycle de I'ACT

Acides aminés

Acétyl-CoA

Isoleucine* Leucine* Lysine* Phénylalanine* Tryptophane* Tyrosine

α-Cétoglutarate

Arginine Histidine* Glutamate Glutamine Proline

Succinyl-CoA

Isoleucine* Méthionine Valine* Thréonine*

Fumarate

Phénylalanine* Tyrosine

Oxaloacétate

Asparagine Aspartate

Pyruvate

Alanine Cystéine Glycine Sérine Thréonine* Tryptophane*

CoA = coenzyme A *

: Il s'agit d'acides aminés essentiels qui ne peuvent être synthétisés par l'organisme et doivent provenir de l'alimentation.

Figure 7-4. Les voies du catabolisme de la phénylalanine et de la tyrosine. Termes en italiques : noms d'enzymes.

Figure 7-5. Le métabolisme de la méthionine. L-Met = L-Méthionine ; SAH = S-adénosylhomocystéine ; SAM = S-adénosyl-méthionine ; PLP = pyridoxal phosphate ; termes en italiques = noms d'enzymes. E. La famille du fumarate (phénylalanine et tyrosine). F. La famille de l'oxaloacétate (asparagine et aspartate). G. La famille du pyruvate (alanine, cystéine, glycine, sérine, thréonine et tryptophane).   

Les groupes sulfhydryle des résidus cystéyles produisent des ions sulfates. La glycine et la sérine peuvent fournir des groupes monocarbonés au stock de tétrahydrofolates monocarbonés. Le tryptophane est le précurseur de la sérotonine, un neurotransmetteur.

Retour au début V. UNE CORRESPONDANCE CLINIQUE : LES ERREURS HÉRÉDITAIRES (INNÉES) DU MÉTABOLISME DES ACIDES AMINÉS A. La phénylcétonurie (PCU) 



La phénylalanine s'accumule dans le sang (hyperphénylalaninémie). a. La phénylalanine s'accumule jusqu'à des concentrations toxiques dans les liquides du corps, conduisant à des lésions cérébrales avec arriération mentale. b. L'élévation de la phénylalanine inhibe la synthèse de la mélanine, provoquant une hypopigmentation. Cet état pathologique résulte d'une absence de la phénylalanine hydroxylase ou de la

  

dihydroptéridine réductase ( figure 7-4 ). Une voie alternative de la dégradation de la phénylalanine produit des phénylcétones (acides phényl-pyruvique, phényl-lactique et phényl-acétique) qui se déversent dans les urines Chez les individus atteints, la tyrosine constitue un acide aminé essentiel dans l'alimentation. Le traitement consiste à restreindre l'apport alimentaire de la protéine (phénylalanine).

B. L'albinisme  

La tyrosinase, première enzyme sur la voie conduisant à la mélanine, est absente. Les albinos ont peu ou pas de mélanine (pigment cutané). Ils ont facilement des brûlures solaires et sont : a. Particulièrement exposés au cancer cutané, b. Photophobiques en raison de l'absence de pigment dans l'iris de l'œil.

C. L'homocystinurie  





Dans cette affection, l'homocystéine qui s'accumule dans le sang et les liquides du corps, apparaît dans l'urine. L'homocystinurie peut résulter de différentes anomalies ( figure 7-5 ) : a. Un déficit de la cystathionine synthétase. b. Une affinité réduite de la cystathionine synthétase pour son coenzyme, le pyridoxal phosphate (PLP) Cette forme peut répondre à des doses élevées de pyridoxine (vitamine B6). c. Une déficience de la N5-méthyl-tétrahydrofolate-homocystéine méthyltransférase d. Un déficit du coenzyme vitamine B12 (méthyl-cobalamine). Cette forme peut répondre à une supplémentation en vitamine B12. Les modifications pathologiques : a. La dislocation du cristallin. b. L'arriération mentale. c. L'ostéoporose et d'autres anomalies squelettiques. d. L'athérosclérose et une maladie thromboembolique. Les patients qui ne répondent pas à la vitaminothérapie, peuvent être traités par des régimes artificiels appauvris en méthionine et par l'administration de bétaïne (N, N, Ntriméthylglycine) en tant que donneur de groupes méthyle de substitution.

D. La maladie de l'urine « à odeur de sirop d'érable »    

Dans cette affection, les cétoacides à chaîne latérale dérivés de la leucine, de l'isoleucine et de la valine apparaissent dans les urines, lui conférant une odeur semblable à celle du sirop d'érable. Cet état pathologique découle d'un déficit de la 2-cétoacide-à-chaîne-latérale décarboxylase ( figure 7-6 ). L'élévation des cétoacides crée d'importants dommages cérébraux et entraîne la mort au cours de la première année de la vie. Le traitement. Un petit nombre de cas répond à des doses élevées de thiamine (vitamine B1). Dans les autres cas, on donne des régimes artificiels appauvris en acides aminés à chaîne latérale.

Figure 7-6. Étapes initiales de la dégradation des acides aminés à chaîne latérale. PLP = pyridoxyl phosphate ; TPP = thiamine pyrophosphate. E. L'histidinémie    

Cette affection est caractérisée par une élévation de l'histidine dans le plasma sanguin et une élimination importante des métabolites de l'histidine dans les urines. L'enzyme histidine-α-désaminase, première enzyme dans le catabolisme de l'histidine, manque. L'arriération mentale et des troubles de la parole peuvent survenir mais ils sont rares. Il n'y a pas de traitement spécifique.

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8 Le métabolisme des nucléotides NA I. LA STRUCTURE DES NUCLÉOTIDES A. Les nucléotides contiennent trois unités ( figure 8-1 ) :   

Un sucre (ribose ou désoxyribose). Une base : a. Purines : adénine (A), guanine (G). b. Pyrimidines : cytosine (C), thymine (T), uracile (U). Un groupe phosphate (au moins un).

B. Un nucléoside est un sucre lié en C1 par liaison glycosidique à une base ; un nucléotide est un nucléoside lié en C5 par liaison ester à un ou plusieurs groupes phosphate (c'est-à-dire qu'un nucléotide est un nucléoside phosphorylé). Retour au début II. LES FONCTIONS DES NUCLÉOTIDES A. Substrats pour la synthèse de l'ADN (réplication) : dATP, dGTP, dTTP, dCTP. B. Substrats pour la synthèse de l'ARN (transcription) : ATP, GTP, TTP, CTP. C. Transporteurs de groupes de haute énergie :    

Les groupes phosphoryle : ATP, UTP, GTP. Les fractions liées à un sucre : UDP-glucose, CDP-choline. Les groupes acyle : acétyl-CoA, acyl-CoA. Les groupes méthyle : S-adénosylméthionine.

D. Composants des coenzymes : NAD, NADP, FAD, CoA. E. Molécules régulatrices : AMP cyclique, GMP cyclique. Retour au début III. LA SYNTHÈSE DES NUCLÉOTIDES PURINIQUES A. L'origine des atomes du noyau purine ( figure 8-2 ). B. La synthèse de novo du nucléotide purinique ( figure 8-3 ) :  

La synthèse du 5′-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) se produit au début du processus. L'inosine monophosphate (IMP), l'AMP et le GMP inhibent l'enzyme PRPP synthétase. L'étape qui s'engage ensuite comprend la transformation du PRPP en 5′-phosphoribosyl-1-amine. Le PRPP active l'enzyme glutamine PRPP amidotransférase et les produits finaux de cette voie inhibent l'enzyme. Les produits finaux sont : a. L'IMP qui est formé sur le groupe aminé de la phosphoribosylamine par une suite de neuf réactions.

b. Le GMP qui est formé par l'ajout d'un groupe aminé en C2 de l'IMP. c. L'AMP qui est formé par la substitution d'un groupe aminé à l'oxygène en C6.

Figure 8-1. La structure générale des nucléotides.

Figure 8-2. L'origine des atomes du noyau cyclique purine.

Figure 8-3. La synthèse de novo d'un nucléotide purique. Les produits finaux IMP, GMP et AMP inhibent l'enzyme glutamine-PRPP amidotransférase. ⊖ = inhibiteur ; termes en italiques = noms d'enzymes.

C. La régulation de la synthèse des purines : 



La régulation intervient dans les derniers embranchements de la synthèse de novo afin de fournir un apport stable en nucléotides puriniques. a. Le GMP et l'AMP inhibent tous deux la première étape lors de leur propre synthèse à partir de l'IMP. b. Le GTP est un substrat dans la synthèse de l'AMP et l'ATP est un substrat dans la synthèse du GMP. Cela porte le nom « d'effet de substrat réciproque ». Cela équilibre les apports en nucléotides adénine et guanine. L'interconversion au sein des purines garantit la maîtrise des niveaux de nucléotides adénine et guanine. a. L'AMP désaminase retransforme l'AMP en IMP. b. La GMP réductase retransforme le GMP en IMP. c. L'IMP est le point de départ de la synthèse de l'AMP et du GMP.

D. Les nucléotides puriniques peuvent également être synthétisés par recyclage de bases puriques formées antérieurement. Ce processus implique deux enzymes :  

L'hypoxanthine-guanine-phosphoribosyltransférase (HGPRT) ( figure 8-4 ). L'IMP et le GMP sont des inhibiteurs compétitifs de l'HGPRT. L'adénine-phosphoribosyl transférase. L'AMP inhibe cette enzyme.

Figure 8-4. Le recyclage d'un nucléotide purique par l'hypoxanthine-guanine-phosphoribosyl transférase. Terme en italiques = nom de l'enzyme ; PRPP = 5-phosphoribosyl-1pyrophosphate. Retour au début IV. LA SYNTHÈSE DES NUCLÉOTIDES PYRIMIDIQUES A. L'origine des atomes du noyau cyclique pyrimidique ( figure 8-5 ).

B. La synthèse de novo d'une pyrimidine ( figure 8-6 ) : 









La synthèse du carbamyl-phosphate (CAP) se produit au début du processus, en utilisant du CO2 et de la glutamine, par l'action de l'enzyme cytoplasmique carbamyl-phosphate synthétase, laquelle diffère de l'enzyme mitochondriale impliquée dans le cycle de l'urée. La synthèse de l'acide dihydroorotique, une pyrimidine, est un processus en deux étapes. a. L'étape engagée comprend l'addition d'aspartate au CAP, ce qui est catalysé par l'enzyme aspartate transcarboxylase et donne du carbamyl-aspartate. b. La fermeture du noyau cyclique via la perte d'H20, ce qui est catalysé par l'enzyme dihydroorotase et donne de l'acide dihydroorotique, une pyrimidine. Chez les mammifères, ces trois premières étapes de la biosynthèse des pyrimidines a lieu sur une seule enzyme multifonctionnelle appelée CAD, ce qui remplace le nom des enzymes (c'est-à-dire, carbamyl, phosphate synthétase, aspartate transcarbamylase et dihydroorotase). Le dihyroorotate donne de l'UMP, un nucléotide pyrimidique. a. L'addition d'une fraction ribose-phosphate venant du PRPP par l'orotate-phosphoribosyl transférase produit de l'orotidylate (OMP). b. La décarboxylation de l'OMP donne de l'uridylate (UMP). c. Ces deux étapes ont lieu sur une même protéine et une défaillance de cette protéine conduit à l'acidurie orotique. La synthèse des ribonucléotides pyrimidiques restants fait intervenir l'UMP. a. La phosphorylation de l'UMP a pour résultat la formation d'UDP et d'UTP, aux dépens de l'ATP. b. L'addition d'un groupe aminé à l'UTP, à partir du glutamate, donne du CTP. Une concentration basse en GTP active l'enzyme.

Figure 8-5. L'origine des atomes du noyau cyclique pyrimidine. C. La régulation de la synthèse des pyrimidines se fait à plusieurs niveaux :   

L'UTP inhibe la carbamyl-phosphate synthétase II et l'ATP et le PRPP activent cette enzyme. L'UMP et le CMP (à un degré moindre) inhibent l'OMP décarboxylase. Le CTP lui-même inhibe la CTP synthétase.

D. Le recyclage des pyrimidines est opéré par l'enzyme pyrimidine-phosphoribosyl transférase qui peut utiliser l'acide orotique, l'uracile ou la thymine mais pas la cytosine.

E. Avec l'ATP comme source de phosphate de haute énergie (˜P), plusieurs enzymes sont à même d'assurer un apport de nucléoside-di — et tri-phosphates. 

L'adénylate kinase catalyse l'interconversion entre AMP, ADP et ATP :



Les nucléoside-monophosphate kinases fournissent les nucléoside-diphosphates. Par exemple : UMP+ATP ⇌ UDP+ADP La nucléoside-diphosphate kinase, une enzyme avec une large spécificité, fournit les nucléoside-triphosphates. Par exemple :



XDP+ATP ⇌ XTP+ADP où X est un ribonucléoside ou un désoxyribonucléoside.

Figure 8-6. La synthèse de novo des pyrimidines. ⊕ = activateur ; ⊖ = inhibiteur ; termes en italiques = noms d'enzymes.

Figure 8-7. La synthèse d'un désoxyribonucléotide. ⊖ = inhibiteur ; termes en italiques = noms d'enzymes. Retour au début V. LA SYNTHÈSE DES DÉSOXYRIBONUCLÉOTIDES A. La formation des désoxyribonucléotides indispensables à la synthèse de l'ADN implique la réduction de la fraction sucre des ribonucléoside-diphosphates. 



Le complexe enzymatique ribonucléotide réductase mène à la réduction de l'ADP, du GDP, du CTP ou de l'UDP en désoxyribonucléotides ( figure 8-7 ). a. Le pouvoir réducteur de cette enzyme provient de deux groupes sulfhydryle sur la petite protéine thiorédoxine. b. En utilisant NADPH + H+, l'enzyme thiorédoxine réductase retransforme la thiorédoxine oxydée en sa forme réduite. La stricte régulation de la ribonucléotide réductase contrôle l'apport global de désoxyribonucléotides. a. La réaction de réduction n'a lieu qu'en présence d'un nucléoside-triphosphate. b. Le dATP est un inhibiteur allostérique, aussi l'élévation des taux de dATP va-t-elle freiner la formation de tous les désoxyribonucléotides. c. Les autres désoxyribonucléoside-triphosphates interagissent avec des sites allostériques pour modifier la spécificité du substrat.

B. L'enzyme thymidylate synthase catalyse la formation de désoxythymidylate (dTMP) à partir de l'UMP ( figure 8-8 ).

Figure 8-8. La synthèse du thymidylate.   

Le transfert d'une unité monocarbonée à partir du N5,N10-méthylène-tétrahydrofolate (FH4) sur C5 du noyau cyclique de l'uracile se produit. Simultanément, le groupe méthylène est réduit en groupe méthyle, le FH4 servant d'agent réducteur. Le FH4 est oxydé en dihydrofolate. Le coenzyme doit être régénéré. a. Le dihydrofolate est réduit par l'enzyme dihydrofolate réductase, avec le NADPH comme agent réducteur. b. Le tétrahydrofolate est méthylé aux dépens de la sérine.

Retour au début VI. LA DÉGRADATION DES NUCLÉOTIDES A. La dégradation des purines Un des produits de la dégradation des nucléotides puriniques est l'acide urique qui est excrété dans l'urine ( figure 8-9 ).     

L'action successive de deux groupes d'enzymes, les nucléases et les nucléotidases, amène l'hydrolysé des acides nucléiques en nucléosides. L'enzyme adénosine désaminase transforme l'adénosine et la désoxyadénosine en, respectivement, inosine et désoxyinosine. La purine nucléoside phosphorylase coupe l'inosine et la guanosine en ribose-1phosphate et en bases libres hypoxanthine et guanine. La guanine est désaminée en xanthine. L'hypoxanthine et la xanthine sont oxydées en acide urique par l'enzyme xanthine oxydase.

B. La dégradation des pyrimidines Les produits de dégradation sont les acides aminés β, CO2 et NH4+.  

Les nucléotides en surplus sont dégradés sous la forme des bases libres uracile ou thymine. La succession des réactions de trois enzymes consistant en réduction, ouverture du



noyau cyclique et désamination-décarboxylation, transforme l'uracile en CO2, NH4+ et β-alanine. Les mêmes enzymes transforment la thymine en CO2, NH4+ et β-isoamino-butyrate. Le β-isoamino-butyrate urinaire, qui provient exclusivement de la dégradation de la thymine, est donc un indicateur du cycle de renouvellement (turnover) de l'ADN. Il peut s'élever au cours d'une chimiothérapie ou d'une radiothérapie.

Figure 8-9. La dégradation des nucléotides puriniques. ⊖ = inhibiteur ; termes en italiques = noms d'enzymes. Retour au début

VII. LES CORRESPONDANCES CLINIQUES A. Affections provoquées par des déficits des enzymes impliquées dans le métabolisme des nucléotides : 

 



L'acidurie orotique héréditaire a. Enzyme : l'orotate-phosphoribosyl transférase et/ou l'OMP décarboxylase. b. Caractéristiques : retard de croissance et anémie sévère. c. Traitement : l'apport alimentaire de cytidine ou d'uridine synthétiques fournit les nucléotides pyrimidiques nécessaires à la synthèse de l'ARN et de l'ADN, rétablit une croissance normale et supprime l'anémie. L'UTP formé à partir de ces nucléotides agit comme un inhibiteur (en boucle de rétroaction négative, feedback) de la carbamylphosphate synthétase II, coupant net la synthèse de l'acide orotique. Le déficit en purine-nucléoside phosphorylase conduit à des taux élevés de nucléosides puriniques, avec une diminution de la formation d'acide urique. Il existe une atteinte de la fonction des lymphocytes T. L'immunodéficience combinée sévère (SCID, severe combined immunodeficiency) a. Enzyme : l'adénosine désaminase. b. Caractéristiques : dysfonctionnement des lymphocytes T et B entraînant une mort précoce due à une infection irrésistible. c. Le SCID a été traité avec succès par thérapie génique. Le syndrome de Lesch-Nyhan a. Enzyme : HGPRTase (déficit ou absence de l'enzyme de recyclage). b. Caractéristiques : une synthèse excessive des purines, une hyperuricémie et des problèmes neurologiques graves pouvant comprendre de la spasticité, une arriération mentale et de l'automutilation. • Aucun recyclage de l'hypoxanthine et de la guanine n'a lieu, donc l'IMP et le GMP sont abaissés et la voie de novo n'est pas correctement régulée. • Le PRPP intracellulaire augmente, stimulant la voie de novo. c. Traitement : l'allopurinol diminue le dépôt des cristaux d'urate de sodium mais n'améliore pas les symptômes.

B. Les médicaments anticancéreux qui interfèrent avec le métabolisme des nucléotides.  

Une des caractéristiques essentielles du cancer est la présence de cellules qui se divisent rapidement. Les médicaments qui interfèrent avec la synthèse de l'ADN, inhibent (et quelquefois stoppent) cette croissance rapide. a. L'hydroxyurée inhibe la nucléoside diphosphate réductase, enzyme qui transforme les ribonucléotides en désoxyribonucléotides. b. L'aminoptérine et le methotrexate inhibent la dihydrofolate réductase, enzyme qui convertit le dihydrofolate en tétrahydrofolate. c. Le fluorodésoxyuridylate inhibe la thymidylate synthétase, enzyme qui transforme dUMP en dTMP.

C. La goutte peut être la conséquence d'un trouble du métabolisme des purines.  



 

La goutte, forme d'arthrite aiguë, est liée à l'hyperuricémie (élévation de l'acide urique sanguin). L'acide urique n'est pas très soluble dans les liquides du corps. Dans l'hyperuricémie, des cristaux d'urate de sodium se déposent dans les articulations et les tissus mous, provoquant l'inflammation qui caractérise l'arthrite. Les cristaux peuvent aussi se déposer dans le rein, conduisant à des lésions rénales. Dans la goutte primaire, la surproduction de nucléotides puriniques provient de la synthèse de novo. a. Des mutations se produisent dans la PRPP synthétase, avec une perte de l'inhibition en feedback (boucle de rétroaction négative) par les nucléotides puriniques. b. Une défaillance partielle de la HGPRTase peut se manifester, de sorte que moins de PRPP est consommé par les enzymes de recyclage. Un taux élevé de PRPP active la PRPP amidotransférase. L'augmentation de la mort de cellules résultant d'une radiothérapie ou d'une chimiothérapie anticancéreuses, peut élever les taux d'acide urique. Traitement : la goutte primaire est fréquemment traitée par l'allopurinol. a. L'enzyme xanthine oxydase catalyse l'oxydation de l'allopurinol en alloxanthine qui est un puissant inhibiteur de l'enzyme. b. Le niveau de l'acide urique tombe et les niveaux d'hypoxanthine et de xanthine s'élèvent. c. L'hypoxanthine et la xanthine sont plus solubles que l'acide urique, elles ne forment donc pas de dépôts de cristaux.

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9 Nutrition NA I. LES BESOINS ÉNERGÉTIQUES A. Les besoins énergétiques sont exprimés soit en kilocalories (kcal), soit en joules (1 kcal = 4,184 kJ). B. La dépense énergétique (trois composantes) 

 

La dépense énergétique de fond (DEF), appelée aussi dépense d'énergie au repos, est l'énergie utilisée pour les processus métaboliques quand le sujet est au repos. Elle représente plus de 60 % de la dépense énergétique totale. La DEF est en relation avec la masse corporelle maigre. L'effet thermique des aliments, énergie nécessaire pour digérer et absorber les aliments, s'élève à environ 10% de la dépense d'énergie. La dépense liée à l'activité, qui varie en fonction du degré d'activité, représente 20 à 30 % de la dépense d'énergie quotidienne.

C. Les besoins caloriques Le tableau 9-1 indique les besoins énergétiques quotidiens estimés. D. Les calories fournies par les aliments    

Glucides : 4 kcal/g Protéines : 4 kcal/g Lipides : 9 kcal/g Alcool : 7 kcal/g.

Tableau 9-1. Besoins énergétiques quotidiens estimés, en fonction de l'âge. Âge kcal/kg

kcal/kg PCI*

Bébés de 0 à 12 mois

˜ 120

Enfants de 1 à 10 ans

80-100

(décroît régulièrement avec l'âge) Jeunes garçons 11-15 ans

˜ 65

Jeunes filles 11-15 ans

˜ 35

Jeunes hommes 16-20 ans

˜ 40

d'activité moyenne Jeunes femmes ≥ 16 ans

˜ 30

Adultes

˜ 28-30

PCI : poids corporel idéal.

Retour au début II. LES MACRONUTRIMENTS A. Les glucides devraient représenter 50 à 60% de la ration calorique. 



  

Les glucides assimilables : a. Les monosaccharides (ex. glucose, fructose). b. Les disaccharides (ex. sucrose, lactose, maltose). c. Les polysaccharides (ex. amidon, dextrines, glycogène). Les glucides non assimilables, essentiellement des fibres, ne sont ni digérés ni absorbés mais fournissent du volume et aident à l'élimination. a. Les fibres insolubles (c'est-à-dire la cellulose, l'hémicellulose et la lignine), présentes dans les céréales non raffinées, le son et certains fruits et légumes, absorbent de l'eau, augmentant ainsi le volume des selles et raccourcissant le temps de transit intestinal. La lignine fixe le cholestérol et les carcinogènes. b. Les fibres solubles (c'est-à-dire la pectine des fruits, les gommes des haricots secs ou de l'avoine) ralentissent la vidange gastrique, diminuent le rythme d'absorption du sucre et diminuent le taux sanguin de cholestérol. Leur fonction : les tissus utilisent les glucides (surtout sous forme de glucose) comme combustible après que la digestion et l'absorption ont eu lieu. La prise insuffisante de glucides (< 60 g/jour) peut conduire à la cétose, à une excessive diminution des protéines tissulaires (atrophie), à une perte de cations (Na+) et à une déshydratation. Les glucides en excès sont stockés sous forme de glycogène et de graisse (triacylglycérol).

B. Les lipides ne devraient pas constituer plus de 30 % de la ration calorique.  





Les acides gras essentiels (AGE) sont l'acide linoléique (acide 9,12-octadécadiénoïque, un acide gras ω (oméga)-6) et l'acide linolénique (acide 9,12,15-octadécatriénoïque, un acide gras ω (oméga)-3). Leurs fonctions : a. Les AGE constituent les précurseurs pour la synthèse des prostaglandines, de prostacyclines, des leucotriènes et des thromboxanes. b. Les lipides alimentaires servent de vecteurs aux vitamines liposolubles. c. Les lipides alimentaires ralentissent la vidange gastrique, donnent une sensation de satiété et donnent à la nourriture une texture et un goût appétissants. La carence en AGE, rare dans les pays développés, est surtout rencontrée chez des nouveau-nés de petit poids de naissance, maintenus en alimentation artificielle, et chez des adultes en alimentation parentérale totale. Le symptôme principal est une dermatose ichtyosique (« en écailles »). Les lipides alimentaires en excès sont stockés sous forme de triacylglycérol.

C. Les protéines devraient constituer de 10 à 20 % de la ration calorique. 

Les neuf acides aminés essentiels, qui ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme à partir de précurseurs non protéiques, sont l'histidine, l'isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la valine.

 



Leur fonction : les protéines apportent les acides aminés pour la synthèse des protéines et des substances azotées non protéiques (voir chapitres 7 et 10). Le bilan azoté est la différence entre l'apport d'azote (principalement sous forme de protéines) et l'excrétion de l'azote (protéines non digérées dans les selles, urée et ammoniaque dans les urines). Un adulte en bonne santé a un bilan azoté en équilibre, avec une excrétion égale aux apports. a. Dans le cas d'un bilan azoté positif, l'apport dépasse l'excrétion. Ce cas de figure se produit lorsque les besoins protéiques augmentent (durant la grossesse ou l'allaitement, la croissance ou la convalescence d'opération chirurgicale, de traumatisme ou d'infection). b. Dans le cas d'un bilan azoté négatif, l'excrétion dépasse l'apport. Cela se produit lors des agressions métaboliques, lorsque l'apport protéique alimentaire est insuffisant ou lorsqu'un acide aminé essentiel manque. L'apport de protéines recommandé, pour un adulte, est de 0,8 g/kg de poids corporel/jour, soit environ 60 g pour une personne de 75 kg. a. On suppose, dans ce cas, une digestibilité et une absorption aisées ainsi qu'une composition en acides aminés essentiels dans une proportion comparable à celle du corps humain. Ce qui est vrai de la plupart des protéines animales. b. Certaines protéines végétales, qui sont plus difficiles à digérer, sont souvent pauvres en un ou plusieurs des acides aminés essentiels. Les régimes végétariens peuvent nécessiter des apports plus élevés en protéines et ils devraient comporter au moins deux protéines différentes afin d'assurer un apport suffisant en acides aminés essentiels.

D. Des correspondances cliniques : les syndromes de malnutrition protéique et énergétique (MPE)  

L'athrepsie est causée par la famine, apport de nourriture insuffisant, y compris en protéines et en énergie. Les signes et symptômes en sont nombreux ( tableau 9-2 ). Le kwarshiorkor définit un apport alimentaire insuffisant avec œdèmes. Cette condition pathologique est souvent attribuable à un régime plus carencé en protéines qu'en calories totales ( tableau 9-2 ).

E. L'obésité, pourcentage anormalement élevé de graisse corporelle, est l'un des plus importants problèmes nutritionnels aux États-Unis où 20 % des adolescents et plus de 30 % des adultes sont en surpoids.   

La graisse corporelle peut être estimée en calculant l'indice de masse corporelle (IMC) [Indice de Quetelet] qui est le poids (en kg) divisé par le carré de la taille (en m) : IMC = kg/m2. Les risques de mauvaise santé augmentent avec l'augmentation de l'IMC ( tableau 9-3 ). Les maladies qui peuvent être liées à l'obésité : a. Taux de lipides sanguins élevés (y compris du cholestérol) et maladie coronarienne. b. Hypertension. c. Diabète sucré non insulinodépendant.

d. Cancer (sein et utérus). e. Formation de calculs vésiculaires. f. Maladie dégénérative des articulations (arthrose). g. Problèmes respiratoires (ventilation inadéquate, réduction du volume pulmonaire fonctionnel). Tableau 9-2. Symptômes des syndromes de malnutrition protéique et énergétique (MPE) Athrepsie

Kwarshiorkor

Diminution de la graisse sous-cutanée

Perte de graisse sous-cutanée moins extrême Œ;dème prenant le godet, habituellement des pieds et des jambes, mais pouvant atteindre la plus grande partie du corps Changements cutanés caractéristiques (taches sombres qui pèlent, dermatose en « peinture écaillée ») Cheveux s'arrachant aisément

Cétogénèse dans le foie pour produire du combustible pour le cerveau et le muscle cardiaque

Augmentation de volume du foie due à l'infiltration graisseuse

Atrophie musculaire, puisque les protéines sont dégradées pour fournir des acides aminés pour la néoglucogénèse et la synthèse protéique hépatique

Atrophie musculaire moins extrême

Infections fréquentes

Infections fréquentes

Température corporelle basse, sauf durant les épisodes infectieux Signes de carences en micronutriments

Autres carences en nutriments

Croissance ralentie (< 60% du poids attendu pour l'âge).

Retard de croissance (mais > 60% du poids attendu pour l'âge)

La mort survient quand les réserves énergétiques et protéiques sont épuisées

Faible appétit (anorexie) Selles fréquentes, non moulées et liquides contenant des particules alimentaires non digérées Modifications du psychisme (apathie et absence de sourire, sujet irritable lorsqu'on le dérange)

Tableau 9-3. Les risques de santé associés à l'obésité Indice de masse corporelle

Statut

Risque de santé

20

souhaitable

acceptable

25

surcharge pondérale

bas

30

obésité

modéré

35

obésité

élevé

40

obésité

très élevé

Retour au début III. LES MICRONUTRIMENTS : LES VITAMINES LIPOSOLUBLES A. La vitamine A 



 



Ses fonctions : a. Le 11-cis-rétinal est le groupe prosthétique de la rhodopsine, le pigment visuel des cônes et des bâtonnets de la rétine. b. Le β-carotène est un anti-oxydant qui protège contre les dommages causés par les radicaux libres. c. Le rétinyl-phosphate sert de donneur/accepteur d'unités de mannose lors de la synthèse des glycoprotéines. d. Le rétinol et l'acide rétinoïque régulent la croissance et la différenciation tissulaires. Ses sources : a. Le foie, les jaunes d'œufs et le lait entier qui apportent du rétinol, une forme active de la vitamine A. b. Les légumes verts et jaunes qui apportent du β-carotène, un précurseur de la vitamine A. • L'organisme transforme le β-carotène en rétinol et le stocke dans le foie. • Les autres dérivés actifs du β-carotène sont l'acide rétinoïque, le rétinyl-phosphate et le 11-cis-rétinal. L'apport alimentaire recommandé (chez l'adulte) : 800-1 000 µg d'équivalent-rétinol par jour. Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-4 ) : a. Cécité nocturne et xérophtalmie ou kératinisation progressive de la cornée qui est la principale cause de cécité de l'enfant dans les pays en développement, b. Hyperkératose folliculaire ou peau rugueuse et épaissie (c'est-à-dire semblable à la « chair de poule »), c. Anémie, malgré un apport de fer suffisant, d. Diminution de la résistance aux infections, e. Augmentation du risque de cancer, f. Atteinte de la synthèse de la protéine sérique de liaison au rétinol, avec une incapacité résultante à transporter le rétinol vers les tissus (carence apparente en vitamine A, carence en zinc ou par MPE). La toxicité se manifeste après ingestion prolongée de 15 000 à 50000 équivalentsrétinol par jour. a. Les signes et les symptômes en sont des douleurs osseuses, une dermatose



ichtyosique, une augmentation du volume du foie et de la rate, des nausées et de la diarrhée. b. L'excès de β-carotène n'est pas toxique car le foie possède une capacité limitée à transformer ce précurseur de la vitamine en rétinol. L'intérêt clinique des rétinoïdes de synthèse : a. Tous les acides trans-rétinoïques (trétinoïne) et l'acide 13-cis-rétinoïque (isotrétinoïne) sont utilisés dans le traitement de l'acné. b. L'étrétinate, un rétinoïde de deuxième génération, est utilisé dans le traitement du psoriasis.

Tableau 9-4. Les symptômes de carences vitaminiques : les vitamines liposolubles Vitamine

États pathologiques liés à la carence

A

Cécité nocturne Hyperkératose Anémie Xérophtalmie Faible résistance aux infections Risques accrus de cancer

D

Rachitisme Ostéomalacie Ostéoporose

E

Ataxie Myopathie Anémie hémolytique Dégénérescence rétinienne

K

Troubles de la coagulation sanguine

B. La vitamine D 







Ses fonctions, qui comprennent la régulation du métabolisme de l'ion calcium (Ca++) : a. Facilitation de l'absorption du calcium alimentaire par stimulation de la synthèse, dans la muqueuse intestinale, de la protéine de liaison du calcium, b. En collaboration avec l'hormone parathyroïde (PTH) • Facilitation de la déminéralisation osseuse par stimulation de l'activité des ostéoclastes, libérant ainsi Ca++ dans le sang, • Stimulation de la réabsorption de Ca++ par les tubules distaux du rein, ce qui élève aussi le Ca++ sanguin. Ses sources : a. La source principale : la peau, dans laquelle les radiations ultra-violettes transforment le 7-déshydrocholestérol en vitamine D3 (cholécalciférol), b. Les sources alimentaires de vitamine D3 : les poissons (de mer), le foie et les jaunes d'œuf, c. Les aliments enrichis en vitamine D2 (ergocalciférol) : les laitages, la margarine et les céréales. Son activation : a. La vitamine D est transportée au foie où elle est transformée en 25-hydroxycholécalciférol [25(OH)D3]. Le rein transforme le 25(OH)D3 en sa forme active, 1,25(OH)2D3, b. La PTH (parathormone) qui est sécrétée en réponse à un taux de calcium sérique bas, stimule la transformation en 1,25(OH)2D3. Les états de carence ( tableau 9-4 ) : a. Le rachitisme (chez les jeunes enfants) : os mous, improprement minéralisés et

 

freinage de la croissance, b. L'ostéomalacie (chez l'adulte) : déminéralisation des os existants, avec fractures pathologiques, c. La déminéralisation osseuse peut également être une conséquence de la transformation de la vitamine D en formes inactives, ce qui est favorisé par les glucocorticoïdes. L'apport quotidien recommandé : 7,5 µg/jour (en l'absence d'une exposition suffisante à la lumière solaire). La toxicité qui se manifeste à des doses élevées (> 250 µg/jour chez l'adulte, 25 µg/ jour chez l'enfant), peut conduire aux conditions pathologiques suivantes : a. Hypercalcémie due à l'augmentation de l'absorption du Ca++ et de la résorption osseuse, b. Calcifications dispersées dans les tissus mous, c. Déminéralisation osseuse, d. Hypercalciurie, entraînant des calculs rénaux.

C. La vitamine E 

  

Ses fonctions : elles comprennent la protection des membranes et des protéines contre les dommages des radicaux libres. La vitamine E est constituée de plusieurs isomères du tocophérol ; l'unité d'activité est 1,0 mg de RRR-α-tocophérol. a. Les tocophérols fonctionnent comme des antioxydants piégeurs de radicaux libres. b. Quand un tocophérol réagit avec un radical libre, il est transformé en radical tocophéroxyle. La vitamine C (acide ascorbique) réduit le radical tocophéroxyle et régénère le tocophérol. Ses sources : les légumes à feuilles vertes et les germes des graines. L'apport quotidien recommandé : 7 à 10 mg d'équivalents de RRR-α-tocophérol. Sa carence, qui est secondaire à une atteinte de l'absorption des lipides ( tableau 9-4 ), peut survenir dans des affections comme la mucoviscidose, la maladie cœliaque, la cholestase chronique, l'insuffisance pancréatique et l'abêtalipoprotéinémie. a. Les signes et symptômes comprennent une ataxie avec atteinte des réflexes, une myopathie avec créatinurie, une faiblesse musculaire, une anémie hémolytique et une dégénérescence rétinienne. b. Certains signes et symptômes peuvent être spécifiques d'un organe, mais ils peuvent aussi ne pas l'être car ils résultent de dommages généraux aux structures des membranes cellulaires.

D. La vitamine K  

Sa fonction : la vitamine K est nécessaire à la carboxylation post-traductionnelle des résidus glutamyle dans nombre de protéines de liaison au calcium, notamment les facteurs de coagulation sanguine VII, IX et X. Ses sources : a. Les aliments. Les légumes verts sont une bonne source de vitamine K (K1, phylloquinone) ; les céréales, les fruits, les produits laitiers et la viande en apportent des quantités plus faibles.

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b. La flore intestinale (micro-organismes) apporte aussi de la vitamine K (K2, ménaquinones). L'apport quotidien recommandé (chez l'adulte) : 65 à 80 µg (varie en fonction de la production par la flore intestinale). Sa carence affecte la coagulation sanguine, avec ecchymoses et saignement survenant facilement ( tableau 9-4 ). Les causes de carence sont : a. La malabsorption des graisses b. Les médicaments qui interfèrent avec le métabolisme de la vitamine K c. Les antibiotiques qui suppriment la flore intestinale La vitamine K chez les enfants : Les nouveau-nés naissent avec des stocks bas de vitamine K. a. La vitamine K traverse faiblement la barrière placentaire. b. On administre systématiquement une injection unique de vitamine K (0,5 à 1 mg) aux nouveau-nés car il leur manque la flore intestinale pour synthétiser la vitamine. c. Des doses élevées peuvent causer une anémie, une hyperbilirubinémie et un ictère nucléaire (accumulation de bilirubine dans les tissus).

Retour au début IV. LES MICRONUTRIMENTS : LES VITAMINES HYDROSOLUBLES A. La thiamine (vitamine B1) 

  

Ses fonctions : Le thiamine pyrophosphate (TPP) est nécessaire à une transmission nerveuse correcte. Le TPP est coenzyme de plusieurs enzymes-clé : a. Les pyruvate et a-cétoglutarate déshydrogénases (glycolyse et cycle de l'acide citrique), b. La transcétolase (voie des pentose phosphates), c. La déshydrogénase de céto-acides à chaîne latérale (métabolisme de la valine, de la leucine et de l'isoleucine). Ses sources : les graines complètes ou enrichies, la viande, le lait et les œufs. L'apport quotidien recommandé (chez l'adulte) : environ 1 mg. Cet apport quotidien recommandé, qui doit être plus élevé en cas de régime riche en glucides raffinés, décroît légèrement avec l'âge. Sa carence ( tableau 9-5 ) conduit au béribéri qui se présente en trois stades : a. Débutant : perte de l'appétit, constipation et nausée, neuropathie périphérique, irritabilité et fatigue. b. Modérément sévère : syndrome de Wernicke-Korsakoff (rencontré chez les alcooliques chroniques) qui comprend confusion mentale, ataxie (démarche instable, mauvaise coordination) et ophtalmoplégie (perte de la coordination des mouvements oculaires). c. Sévère : • Le « béribéri sec » comporte tous les signes et symptômes de 4.a et 4.b avec, en plus, des symptômes neurologiques plus marqués avec atrophie et faiblesse des muscles (ex.

chute du pied, chute du poignet). • Le « béribéri humide » comprend les symptômes du béribéri sec en combinaison avec des œdèmes, une défaillance cardiaque à débit élevé et une congestion des poumons. B. La riboflavine    

Sa fonction : la riboflavine est transformée en les coenzymes d'oxydo-réduction flavineadénine-diphosphonucléotide (FAD) et flavine-adénine-mononucléotide (FMN). Ses sources : les céréales, le lait, la viande et les œufs. L'apport quotidien recommandé (chez l'adulte) : 1,0 à 1,7 mg Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-5 ) a. Une chéilite de la commissure labiale ou inflammation et crevasses du coin des lèvres, b. Une glossite ou langue rouge et gonflée, c. Une dermatose ichtyosique, particulièrement aux plis naso-labiaux et tout autour du scrotum.

C. La niacine (acide nicotinique) et niacinamide (nicotinamide) [vitamine B3]    



Sa fonction : la niacine est transformée en coenzymes d'oxydo-réduction nicotinamideadénine-nucléotide (NAD) et nicotinamide-adénine-dinucléotide-phosphate (NADP). Ses sources : a. Les céréales complètes et/ou enrichies, le lait, la viande et les cacahuètes. b. La synthèse à partir du tryptophane alimentaire. L'apport quotidien recommandé : 12 à 20 mg de niacine ou son équivalent (60 mg de tryptophane = 1 mg de niacine). Sa carence ( tableau 9-5 ) a. La carence légère entraîne une glossite (langue) b. La carence sévère conduit à la pellagre, caractérisée par les trois D : dermatose, diarrhée et démence. Des doses élevées (2 à 4 g/jour) d'acide nicotinique (pas la nicotinamide) entraînent une vasodilatation (une bouffée congestive très rapide) et des modifications métaboliques telles qu'une baisse du cholestérol et des lipoprotéines de basse densité (LDL) sanguins.

Tableau 9-5. Les symptômes de carence vitaminique : les vitamines hydrosolubles Vitamine

États pathologiques associés à la carence

Thiamine (vitamine B1)

Syndrome de Wernicke-Korsakoff Béribéri

Riboflavine

Chéilite de la commissure labiale Glossite Dermatose ichtyosique

Niacine

Pellagre : dermatose, diarrhée, démence

Vitamine B6

Irritabilité, dépression, neuropathie périphérique, convulsions, eczéma, dermatose

Acide pantothénique

La carence se produit très rarement.

Biotine

La carence se produit rarement. Les symptômes comprennent dermatose, chute des cheveux, etc.

Acide folique

Anémie mégaloblastique Malformations du tube neural (en cas de carence maternelle)

Vitamine B12

Anémie mégaloblastique Atteinte du système nerveux

Vitamine C (acide ascorbique)

Scorbut

D. La vitamine B6 (pyridoxine, pyridoxamine et pyridoxal)    

 

Sa fonction : le pyridoxal-phosphate est le coenzyme impliqué dans la transamination et d'autres réactions du métabolisme des acides aminés (voir chapitre 7). Ses sources : les céréales complètes, les noix et les graines, les légumes, la viande, les œufs et les légumineuses. L'apport quotidien recommandé (chez l'adulte) : 1,1 à 2,0 mg/jour. Les médicaments isoniazide et pénicillamine augmentent les besoins quotidiens en vitamine B6. Sa carence ( tableau 9-5 ) : a. Légère : irritabilité, nervosité et dépression b. Sévère : neuropathies périphériques et convulsions avec, occasionnellement, une anémie sidéroblastique c. Les autres symptômes : eczéma et dermatose séborrhéique autour des oreilles, du nez et de la bouche ; lèvres gercées ; glossite et stomatite angulaire. Son utilité clinique : des doses élevées sont utilisées pour traiter l'homocystinurie résultant d'un déficit en cystathionine β-synthase. Sa consommation prolongée (> 500 mg/jour) peut conduire à une intoxication par la vitamine B6 avec des neuropathies périphériques.

E. L'acide pantothénique    

Sa fonction : L'acide pantothénique est un constituant essentiel du coenzyme A (CoA) et la phosphopantéthéine, un constituant essentiel de l'acide gras synthase. Ses sources : il est très répandu dans l'alimentation. L'apport quotidien recommandé : il n'est pas établi. Sa carence est très rare avec un tableau clinique vague qui concerne peu les humains.

F. La biotine  

Sa fonction : la biotine liée par covalence (biocytine) est le groupement prosthétique utilisé pour les enzymes de carboxylation (ex. pyruvate carboxylase, acétyl-CoA carboxylase). Ses sources : a. La synthèse par les bactéries intestinales. b. Les aliments : la viande « d'organe » (ex. le foie et non le muscle), le jaune d'œuf, les légumineuses, les noix et le chocolat.

 

L'apport quotidien recommandé : 100 à 200 µg/jour. Des apports supplémentaires en biotine sont nécessaires au cours de l'alimentation parentérale prolongée et chez les patients recevant des doses élevées d'antibiotiques au long cours. Sa carence (rare) ( tableau 9-5 ) : a. Les signes et symptômes comprennent dermatose, perte des cheveux, atrophie des papilles linguales, muqueuses grises, douleurs musculaires, paresthésies, hypercholestérolémie et anomalies sur l'électrocardiogramme. b. Les blancs d'œuf crus contiennent de l'avidine, une protéine qui se lie à la biotine pour donner une forme non digestible ; les personnes qui consommeraient environ 20 blancs d'œuf par jour, pourraient développer une carence en biotine.

G. L'acide folique (acide ptéroyl-glutamique, folacine) 

  

Sa fonction : les dérivés polyglutamate du tétrahydrofolate servent de coenzymes dans les réactions de transfert monocarboné au cours de la synthèse des purines et des pyrimidines, la synthèse du thymidylate (voir Chapitre 8), la transformation de l'homocystéine en méthionine et l'interconversion sérine-glycine (voir Chapitre 7). Ses sources : les légumes à feuilles vert foncé, la viande, les graines complètes et les citrons. L'apport quotidien recommandé : 200 mg. Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-5 ) : a. Une anémie mégaloblastique, semblable à celle de la carence en vitamine B12, en conséquence d'un blocage de la synthèse d'ADN. b. Des anomalies du tube neural comme résultat d'une carence maternelle en folate (dans certains cas). c. Une élévation de l'homocystéine sanguine, associée à une atteinte cardiaque par athérosclérose avec carence en folate et en vitamine B6 (dans certains cas). d. Plusieurs médicaments peuvent conduire à une carence en folate, dont le méthotrexate (chimiothérapie anticancéreuse), le triméthoprime (antibactérien), la pyriméthamine (antimalarien) ainsi que la diphénylhydantoïne et la primidone (anticonvulsivants).

H. La vitamine B12 (cobalamine) 



 

Ses fonctions : a. La désoxyadénosyl-cobalamine est coenzyme de la transformation du méthylmalonyl-CoA en succinyl-CoA (méthylmalonyl-CoA mutase) au cours du métabolisme du propionyl-CoA. b. La méthylcobalamine est coenzyme pour le transfert d'un groupe méthyle entre le tétrahydrofolate et la méthionine (homocystéine méthyl transférase). Ses sources : a. La viande, spécialement le foie ; le poisson ; le poulet ; les coquillages ; les œufs et les produits laitiers. b. La vitamine B12 n'est pas retrouvée dans les aliments végétaux. L'apport quotidien recommandé : 3 µg/jour. Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-5 ) :



a. Une anémie mégaloblastique, semblable à celle de la carence en folate. b. Des paresthésies (engourdissement et fourmillements des extrémités) avec une faiblesse et d'autres modifications neurologiques. c. La carence prolongée mène à des lésions irréversibles du système nerveux. Les causes de la carence en vitamine B12 : a. Absence de consommation de tout produit animal. Les végétaliens sont exposés à la carence en vitamine B12. b. Anomalie de l'absorption, due à l'achlorhydrie (insuffisance d'acide chlorhydrique gastrique), à une diminution de la sécrétion de facteur intrinsèque gastrique ou à une altération de la fonction pancréatique.

I. La vitamine C (acide ascorbique) 

  

Ses fonctions : a. Coenzyme pour les réactions d'oxydo-réduction dont l'hydroxylation posttraductionnelle de la proline et de la lysine au cours de la maturation du collagène, la synthèse de la carnitine, le métabolisme de la tyrosine et la synthèse des neurotransmetteurs catécholamines. b. Anti-oxydant. c. Facilitateur de l'absorption du fer. Ses sources : fruits et légumes. L'apport quotidien recommandé : 60 mg (augmenté chez les fumeurs). Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-5 ) : a. Carence légère : fragilité capillaire avec formation facile d'ecchymoses et de pétéchies (hémorragies en tête d'épingle dans la peau) en même temps qu'une baisse de la fonction immunitaire. b. Carence sévère : scorbut, avec retard de cicatrisation des blessures, ostéoporose, hémorragies et anémie ; les dents peuvent tomber.

Retour au début V. LES MINÉRAUX A. Le calcium Ce minéral occupe la cinquième place parmi les éléments les plus abondants de l'organisme et c'est le plus abondant des cations. 

  

Ses fonctions : a. Il est essentiel à la formation des os et des dents (99 % du calcium de l'organisme se trouve dans les os). b. Il est essentiel au fonctionnement nerveux et musculaire normal. c. Il est essentiel à la coagulation sanguine. Ses sources : les produits laitiers (la source principale dans les pays développés) ainsi que les jus de fruits et les céréales enrichis (en vitamine), les poissons osseux, les chouxpalmistes et les feuilles vertes de navet. L'apport quotidien recommandé : 1 000 mg. Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-6 )

a. Des paresthésies (sensations de fourmillements), excitabilité neuromusculaire accrue et crampes musculaires. Une hypocalcémie sévère peut entraîner une tétanie. b. Fractures osseuses, douleurs osseuses et raccourcissement de la taille. c. Ostéomalacie (comme dans la carence en vitamine D). B. L'iode     

Sa fonction : incorporation dans les hormones thyroïdiennes, ce qui est appelé « organification ». Ses sources : les produits de la mer et le sel iodé (le contenu en iode des autres aliments dépend du sol dont ils proviennent). L'apport quotidien recommandé : 120 à 150 mg. Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-6 ) : a. Un goitre (glande thyroïde augmentée de volume), b. Un crétinisme (retard de la croissance et du développement mental). Des niveaux élevés. La prise de grandes quantités d'iode peut provoquer un goitre en bloquant l'organification.

C. Le fer 



 





Ses fonctions (principalement dues à la présence du fer dans les molécules de l'hème) : a. Le transport de l'oxygène (hémoglobine et myoglobine), b. Le transport d'électrons (cytochromes), c. L'activation de l'oxygène (oxydases et oxygénases). Ses sources : a. Les aliments les plus riches en fer sont le foie, le cœur, le jaune d'œuf, le germe de blé, les huîtres, les fruits et certains haricots secs. b. Les aliments moins riches en fer sont les viandes rouges, le poisson, la volaille, les légumes verts et les céréales. Les aliments contenant peu de fer sont les laitages et la plupart des autres légumes (non verts). L'apport quotidien conseillé : 10 mg (hommes adultes), 18 mg (femmes adultes). Son absorption : a. Le fer de l'hème est absorbé plus facilement (10 à 20 %) que le fer non-héminique (< 10 %). b. L'acide ascorbique, les sucres réducteurs et la viande augmentent l'absorption du fer. c. Les anti-acides et certains constituants végétaux des aliments (phytate, oxalate, fibres et tanin) peuvent réduire l'absorption du fer. Les signes et les symptômes de carence ( tableau 9-6 ) : a. Anémie microcytaire hypochrome, b. Fatigue, pâleur, tachycardie, dyspnée (souffle court) à l'exercice, c. Sensations de brûlure avec dépapillation de la langue. Sa toxicité : a. L'ingestion de fer en excès conduit à l'hémochromatose, b. Des doses élevées de sels ferreux (1 à 2 g) peuvent entraîner la mort chez les jeunes enfants.

Tableau 9-6. Symptômes des carences en minéraux

Minéral

États pathologiques associés à la carence

Calcium

Paresthésies Tétanie Fractures osseuses, Douleurs osseuses Ostéomalacie (comme dans la carence en vitamine D)

Iode

Goitre Crétinisme

Fer

Anémie Fatigue, tachycardie, dyspnée

Magnésium

Excitabilité neuromusculaire, paresthésies Diminution de la libération de la parathormone

Phosphore (sous forme de phosphate)

La carence se produit rarement.

Zinc

Retard de croissance, Peau sèche et écailleuse, Léthargie mentale

D. Le magnésium 

  

Ses fonctions : a. Il se lie au site actif de nombreuses enzymes. b. Il forme des complexes avec l'ATP ; le Mg-ATP est la forme utilisée dans la plupart des réactions liées à l'ATP. Ses sources : la plupart des aliments ; les produits laitiers, les graines et les noix (sources riches). L'apport quotidien recommandé : 270 à 300 mg. Les signes et symptômes de carence ( tableau 9-6 ) Ils sont rencontrés, le plus souvent, chez des patients alcooliques ou des patients avec un syndrome de malabsorption des graisses ou d'autres syndromes de malabsorption. a. Une excitabilité neuromusculaire accrue avec spasmes musculaires et paresthésies ; si cet état se prolonge, survenue de tétanie, de crises convulsives et de coma. b. En cas de sévère hypomagnésémie : baisse importante de la libération de la parathormone (PTH), pouvant conduire à l'hypocalcémie.

E. Le phosphore (principalement sous forme de phosphate) 

  

Ses fonctions : a. 85 % du phosphore de l'organisme se trouve dans les minéraux de l'os : phosphate de calcium et hydroxyapatite. b. Les phosphates servent de tampons dans le sang. c. Les esters de phosphate sont des constituants de l'ARN et de l'ADN. d. Les phospholipides sont les constituants principaux des membranes cellulaires. Ses sources : les produits de la mer, les noix, les légumineuses et les fromages. L'apport quotidien recommandé : 1 000 mg. La carence, qui est habituellement la conséquence d'une fonction rénale anormale avec réduction de la réabsorption du phosphore, est très rare. Les signes et symptômes

comprennent ( tableau 9-6 ) : a. Une minéralisation osseuse défectueuse avec retard de croissance, déformations squelettiques et douleurs osseuses. b. Une diminution de la libération d'O2 par l'hémoglobine, avec hypoxie tissulaire, due à une baisse du 2,3-biphosphoglycérate des globules rouges. F. Le zinc    



Sa fonction : il est essentiel à l'activité de plus de 20 métalloenzymes. Ses sources : la viande, les œufs, les produits de la mer et les céréales complètes. L'apport quotidien recommandé : 12 mg. Les signes et symptômes de carence : a. Retard de croissance et hypogonadisme, b. Troubles du goût et de l'odorat, faible appétit, c. Diminution de la fonction immunitaire, d. Léthargie mentale, e. Peau sèche et écailleuse. L'intoxication par le zinc a. L'ingestion d'aliments ou de boissons acides contenus dans des récipients galvanisés peut entraîner des vomissements et une diarrhée. b. L'inhalation de vapeurs d'oxyde de zinc peut entraîner une atteinte neurologique (fièvre des vapeurs métalliques, fièvre des fondeurs).

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10 L'expression des gènes NA I. L'INFORMATION GÉNÉTIQUE A. L'ADN, comme l'ARN, sont des polynucléotides. Les nucléotides, unités monomères, sont composées de trois sous-unités : une base azotée, un sucre et de l'acide phosphorique. B. L'ADN contient l'information génétique. Le code génétique décrit les relations entre l'alphabet polynucléotidique de quatre bases et les vingt acides aminés. La séquence des bases dans un brin d'ADN parental dicte la séquence des acides aminés des protéines. C. La synthèse des protéines est une expression de l'information génétique. La fabrication des protéines implique deux processus :  

La transcription (de l'ADN vers l'ARN), La traduction (de l'ARN vers la protéine) ( figure 10-1 ).

Figure 10-1. Schéma montrant le flux de l'information génétique. ARNm = ARN messager ; ARNt = ARN de transfert ; ARNr = ARN ribosomal. D. Le code génétique est universel. Les règles qui relient la séquence des nucléotides dans l'ARN messager à la séquence des acides aminés dans les protéines (le code génétique en soi) sont les mêmes dans tous les organismes, avec quelques exceptions mineures dans les mitochondries.  

Un codon sens, codon de trois nucléotides, spécifie chaque acide aminé (ex. UUU = phénylalanine, UCU = sérine). Les autres propriétés du code génétique : a. Il est contigu, c'est-à-dire que les codons ne se chevauchent pas et qu'ils ne sont pas séparés par des espaceurs. b. Il est « abâtardi », c'est-à-dire qu'il existe plus d'un codon pour spécifier certains acides aminés. c. Il est non ambigu. Chaque codon ne spécifie qu'un seul acide aminé.

E. L'information additionnelle Certains nucléotides contiennent de l'information génétique en supplément des séquences qui codent pour la synthèse des polypeptides.  

L'ADN contient des promoteurs de transcription, des sites de liaison pour des protéines régulatrices et des signaux pour les réarrangements géniques. L'ARN messager (ARNm) contient des terminateurs de transcription, des signaux de traitement, des signaux d'alignement de traduction, de même que des signaux de départ et d'arrêt (stop).

F. La localisation de l'ADN et de la synthèse des protéines

 

Dans les cellules eucaryotes : la réplication et la transcription ont lieu dans le noyau, la traduction a lieu dans le cytosol. Dans le corps humain : dans tous les organes et tissus, excepté les globules rouges.

Retour au début II. L'ADN ET L'ARN : STRUCTURE DES ACIDES NUCLÉIQUES A. L'ADN est un polymère de désoxyribonucléotides qui sont liés par des liaisons phosphodiester 3′-5′ ( figure 10-2 ). Les précurseurs de l'ADN sont les désoxyribonucléosidetriphosphates (dATP, dGTP, dTTP et dCTP). 



La forme L'ADN est une hélice à double brin avec des brins qui sont antiparallèles et complémentaires ( figure 10-3 ). a. Antiparallèle signifie qu'une chaîne va dans le sens 5′ à 3′ et que l'autre va dans le sens 3′ à 5′. b. Complémentaire signifie que la base adénine (A) s'apparie toujours avec la base thymine (T) et que la base guanine (G) s'apparie toujours avec la base cytosine (C). Il y a dix paires de bases par tour. Les forces de stabilisation La double hélice d'ADN est stabilisée par des ponts hydrogène entre les bases sur les brins complémentaires et par des forces hydrophobes et des forces d'empilement entre les bases d'un même brin. Les paires de bases AT possèdent deux liaisons hydrogène et les paires de bases GC possèdent trois liaisons hydrogène.

B. L'ARN, qui est aussi un polymère de ribonucléotides, est également lié par des liaisons phosphodiester 3′-5′.  



L'ARN contient la base uracile (U) au lieu de T, avec aussi A, G et C. La forme À la différence de l'ADN, l'ARN est une hélice à simple brin (monobrin). L'ARN monobrin peut former des régions internes à double brin qui sont parfois appelées boucles en épingle à cheveux. Il existe trois classes d'ARN : l'ARNm, l'ARN ribosomal (ARNr) et l'ARN de transfert (ARNt).

C. La dénaturation Les acides nucléique sous forme de double brin (ex. l'ADN et parfois l'ARN) se déroulent ou se dénaturent lorsqu'ils sont soumis à de hautes températures, des pH extrêmes et certains agents chimiques (ex. formamide, urée).   



La dénaturation provoque l'effet hyperchromique qui consiste en une augmentation de l'absorption ultraviolette (UV) (A260). La dénaturation provoque une diminution de la viscosité. Un polynucléotide se dénature à une certaine température connue sous le nom de température de « fusion », melting en anglais (Tm). Les régions riches en GC forment des doubles hélices plus stables que les régions riches en AT ; en conséquence, l'ADN riche en GC a une Tm plus élevée que l'ADN riche en AT. Lorsque les polynucléotides dénaturés sont refroidis ou que les agents dénaturants sont



retirés par dialyse, les régions monobrin complémentaires se réassocient en un processus appelé annelage. Des brins complémentaires d'ADN et d'ARN peuvent aussi s'associer ou s'hybrider. La présence de séquences connues d'ADN ou d'ARN peut être détectée en utilisant des sondes d'hybridation.

Figure 10-2. La formule structurelle d'un désoxyribonucléotide (A) et abréviations dans l'ADN (B).

Figure 10-3. Représentation schématique de la double hélice d'ADN montrant les deux brins complémentaires et antiparallèles. Retour au début III. LA SYNTHÈSE DE L'ADN (RÉPLICATION) A. Les cellules en division subissent une série d'événements ordonnés appelés « cycle cellulaire ».  



La mitose est la période durant laquelle deux « jeux » de chromosomes sont assemblés et où la division cellulaire se produit. La mitose est suivie de l'interphase qui comprend trois sous-unités : G1, S, et G2 (G = gap, intervalle ; S = synthèse). a. En phase G1, une cellule se prépare à commencer la synthèse de l'ADN. Les chromosomes se déroulent et forment l'euchromatine. b. La synthèse de l'ADN (réplication) se produit durant la phase S ; la quantité d'ADN double. La synthèse d'ARN (transcription) est également à un niveau élevé. Quand la synthèse de l'ADN est terminée et que la plupart des composants cellulaires ont doublé, la cellule entre en phase G2. c. Durant la phase G2, la cellule synthétise l'ARN et les protéines nécessaires pour que la mitose se produise. La chromatine se condense, forme l'hétérochromatine et la membrane nucléaire disparaît. Une cellule qui a terminé l'interphase (G1, S, G2) est prête pour un autre cycle de mitose.

B. La réplication Ce processus consiste en la production de deux molécules d'ADN double-brin qui sont

identiques en tous points à l'ADN parental.  

La réplication est semi-conservatrice ; chaque ADN-fils contient un brin d'ADN parental et un brin-fils nouvellement synthétisé ( figure 10-4 ). La catalyse Les ADN polymérases (ADNP) catalysent la synthèse de l'ADN. a. Chez les Procaryotes (ex. les bactéries), l'ADNP III est impliquée dans la réplication. b. Chez les Eucaryotes, plusieurs classes d'ADNP jouent un rôle important : α copie le brin secondaire, δ copie le brin principal, β mène à bien les réparations et γ conduit la réplication de l'ADN mitochondrial.

C. La réplication est un processus en cinq étapes, chaque étape impliquant une ou plusieurs protéines et enzymes.   

 

Les protéines de déroulement de l'ADN ou hélicases déroulent l'ADN double-brin. Les topoisomérases (chez Escherichia Coli, une ADN gyrase) réduisent les contraintes créées par ce déroulement. La primase fabrique des amorces ARN (de petits fragments d'acide nucléique) qui sont complémentaires du brin matrice ADN. Ce processus se déplace dans le sens 5′-3′ le long de l'amorce nouvellement synthétisée. À l'extrémité 3′ de l'amorce, l'ADNP ajoute des nucléotides au 3′-OH et le brin appelé « avancé » (ou précoce) continue à croître dans le sens 5′ → 3′. a. La capacité de l'ADNP à ajouter de nouveaux nucléotides uniquement au 3′-OH rend la réplication de l'ADN discontinue sur l'autre brin-fils, connu sous le nom de « brin retardé » (ou tardif). b. Les segments d'ADN nouvellement synthétisés, connus sous le nom de fragments d'Okazaki, sont ensuite reliés entre eux pour former une chaîne d'ADN continue ( figure 10-5 ). Le complexe ADNP enlève et remplace les amorces ARN. Chez Escherichia Coli, l'ADNP I qui possède à la fois une activité de polymérase et d'exonucléase 5′ → 3′, remplit cette fonction. L'ADN ligase relie les extrémités entre elles.

Figure 10-4. Brins d'ADN répliqué montrant que la réplication d'ADN est semi-conservatrice.

Figure 10-5.En haut : Représentation schématique de l'action de l'ADN polymérase. En bas : Représentation de la réplication de l'ADN continue et discontinue avec fragments d'Okazaki. ADNP = ADN polymérase ; SSB = single-stranded binding, liaison à simple brin. D. Les erreurs Les ADNP sont également associées à une activité exonucléase 3′ → 5′ qui permet la détection et l'ablation des paires de bases incorrectement appariées. Le processus est appelé « correction » (editing, en anglais). E. La réparation de l'ADN L'irradiation par les UV, la chaleur, les pH extrêmes et certains agents chimiques peuvent altérer les purines et les pyrimidines. Tout un ensemble de mécanismes est impliqué dans la réparation de l'ADN. 



L'excision-réparation est le mécanisme qui permet de corriger les dimères de thymine créés, dans l'ADN, par l'exposition aux radiations UV. a. Une endonucléase UV-spécifique incise un brin de la double hélice, ce qui ouvre une liaison diester sur le versant 3′ du dimère de thymine. b. L'ADNP synthétise un nouveau brin d'ADN. L'activité exonucléase de la ADNP mène à bien l'excision 5′-3′ du brin endommagé. c. L'ADN ligase relie les extrémités entre elles. Les maladies résultant d'une excision-réparation défectueuse. a. Le xeroderma pigmentosum, une maladie de peau, est causé par une excisionréparation défectueuse due à une endonucléase UV-spécifique mutante. Cette condition pathologique peut conduire au cancer de la peau. b. L'ataxie-télangiectasie, le syndrome de Fanconi (anémie) et le syndrome de Bloom sont d'autres affections associées à des anomalies de l'excision-réparation.

Retour au début IV. LA TRANSCRIPTION Ce processus conduit à la synthèse de l'ADN selon une séquence qui est complémentaire de celle de la matrice ADN. A. La catalyse Les ARN polymérases (ARNP) catalysent la transcription.  

Chez les Procaryotes, une seule sorte d'ARNP, une enzyme volumineuse avec de nombreuses sous-unités, synthétise toutes les classes d'ARN. L'antibiotique rifampicine inhibe la synthèse bactérienne de l'ARN. Chez les Eucaryotes, il existe quatre classes d'ARNP qui sont toutes de grandes enzymes volumineuses avec de nombreuses sous-unités. a. L'ARNP I synthétise l'ARNr. On la trouve dans le nucléole et elle est résistante à l'inhibition provoquée par l'α-amantidine. Cet inhibiteur, qui est extrait du champignon vénéneux Amanita phalloides, se lie à certaines ARNP d'Eucaryotes.

b. L'ARNP II synthétise l'ARNm. Cette enzyme, que l'on trouve dans le nucléoplasme, est très sensible à l'inhibition par l'α-amantidine [constante d'inhibition (Ki) = environ 10-9 à 10-8 M]. c. L'ARNP III synthétise l'ARNt et l'ARNr 5S. Cette enzyme que l'on trouve également dans le nucléoplasme, est modérément sensible à l'α-amantidine (Ki = 10-5 à 10-4 M). d. L'ARNP mitochondriale qui est inhibée par la rifampicine mais pas par l'α-amantidine, transcrit l'ARN à partir de tous les gènes mitochondriaux. B. Le cycle de transcription La synthèse de l'ARN s'effectue en quatre étapes ( figure 10-6 ). 

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La liaison L'ARNP se lie à des séquences amorces spécifiques sur l'ADN, ce qui oriente l'ARNP sur le brin-sens dans une position propre à commencer la transcription. Une courte longueur de l'ADN double-brin se déroule et forme une bulle de transcription. Les amorces procaryotes aussi bien que les amorces eucaryotes comportent des séquences consensus en amont du site de départ ( figure 10-7 ). L'initiation comprend la formation de la première liaison phosphodiester. L'ATP (ou le GTP) forme une paire de bases avec la base de la matrice sur le brin antisens à l'origine et ensuite, la base du nucléoside triphosphate suivant s'apparie avec la base suivante de la matrice et forme une liaison phosphodiester avec l'ATP (ou le GTP) en éliminant PPi. La rifampicine bloque l'initiation chez les Procaryotes. L'allongement progresse le long du brin sens d'ADN, avec l'ARN croissant dans le sens 5′ → 3′. L'ADN double brin se reforme derrière l'enzyme et l'extrémité 5′ de l'ARN est libérée sous forme monobrin. L'actinomycine D qui s'intercale entre les séquences GC de l'ADN, bloque l'allongement. La terminaison Chez les Procaryotes, cela survient au niveau d'une boucle d'arrêt (boucle en épingle à cheveux) suivie d'un filament composé d'uraciles (U) ( figure 10-8 ). La présence d'une protéine rho rend ce processus plus efficace. Chez les Eucaryotes, les signaux de terminaison sont encore très peu connus.

Figure 10-6. Représentation schématique de la transcription. P-P-P-A = ATP ; P-P-P-G = GTP ; P-P-P-N = tout nucléoside triphosphate.

Figure 10-7. Séquences consensus de promoteur dans des cellules procaryotes (A) et eucaryotes (B). C. L'élaboration Après la transcription, l'ARN est habituellement élaboré ou modifié. Chez tous les organismes, l'ARNr et l'ARNt sont normalement raccourcis après la transcription.     

Chez les Procaryotes, l'ARNm est utilisé comme transcrit primaire, sans modification, dès qu'il est fabriqué. Chez les Eucaryotes, l'ARNm est largement élaboré. L'ARNm eucaryote non élaboré est parfois appelé ARN nucléaire hétérogène. La « coiffe » à l'extrémité 5′ de l'ARNm eucaryote protège contre la digestion par la nucléase et aide à aligner correctement l'ARNm durant la transcription. Elle contient de la 7-méthylguanine en liaison 5′-5′ triphosphate avec le 5′-ribose ( figure 10-9 ). La queue poly(A), dans l'ARNm eucaryote, est un filament de résidus adényles ajoutés à l'extrémité 3′ ( figure 10-9 ). De nombreux transcrits primaires d'ARNm eucaryote contiennent des régions non traduites appelées séquences intercalaires ou introns ( figure 10-9 ). L'ablation des introns implique l'excision-épissage de l'ARN. a. Les introns commencent par GU et finissent par AG. De petits ARN nucléaires forment de paires de bases avec les jonctions d'épissage et aident les enzymes d'épissage à effectuer une coupure précise. b. Des structures « en lasso » se forment dans l'intron puis cet intermédiaire est enlevé et éliminé. L'épissage doit être très précis si l'ARNm est appelé à être traduit en protéine.

Figure 10-8. Une séquence de terminaison procaryote typique (terminateur). Retour au début IV. LA TRADUCTION (SYNTHÈSE DES PROTÉINES) A. L'activation des acides aminés (étape initiale) L'enzyme aminoacyl-ARNt synthétase lie les acides aminés à leur ARNt spécifique (apparenté) et donne des aminoacyl-ARNt (AA-ARNt) ( figure 10-10 ).    

L'ARNt est la molécule adaptatrice qui met en contact le code triplet de bases des acides nucléiques avec le code d'acides aminés des protéines. Chaque AA-ARNt synthéthase joint un acide aminé spécifique à l'OH 3′-terminal d'un ARNt spécifique. L'ARNt pour un acide aminé contient un anticodon de trois bases qui est antiparallèle et complémentaire du codon de trois nucléotides de l'ARNm codant pour cet acide aminé (ex. 3′-AAA-5′ est l'anticodon de 5′-UUU-3′, le codon pour la phénylalanine). Une liaison de haute énergie lie l'acide aminé à son ARNt.

B. Le site de la synthèse des protéines dirigée par l'ARNm : les ribosomes, qui sont des particules de ribonucléoprotéines.

Figure 10-9. Déroulement de la transcription dans l'ARN messager (ARNm) eucaryote. 7-MeGTP = 7-méthyl-guanine en liaison 5′-5′-triphosphate.

Figure 10-10. Activation d'un acide aminé pour produire un aminoacyl-ARN de tranfert (ARNt), ce qui a lieu au début du processus de traduction. 

Composition Une grande et une petite unité constituent chaque ribosome. Chez les Eucaryotes, la grande sous-unité qui lie l'AA-ARNt est 60S et la petite sous-unité qui lie l'ARNm est 40S. Les ribosomes procaryotes sont similaires mais plus petits.





Le complexe d'initiation 40S Un ARNm, une petite sous-unité ribosomale (40S), un facteur d'initiation eucaryote (FIe) [facteur d'initiation (FI) chez les Procaryotes], du GTP et du méthionyl-ARNt constituent ce complexe ( figure 10-11 ). Au cours de ce processus, l'hydrolyse de l'ATP en ADP et Pi a lieu. Le complexe d'initiation 80S La grande sous-unité ribosomale se lie au complexe d'initiation 40S pour former ce complexe. Le méthionyl-ARNt se positionne au site peptidyle (P) de la grande sousunité (80S) ( figure 10-11 ) et du GDP, du Pi et des FIe sont libérés.

Figure 10-11. Le cycle de traduction. UVWet XYZ = acides aminés. C. La synthèse des protéines 



La traduction (initiation) Chez les Eucaryotes, le processus débute au premier AUG « en aval » (du côté 3′) de la coiffe d'ARNm. AUG, le codon de départ de la traduction, code pour la méthionine chez les Eucaryotes et la N-formylméthionine chez les Procaryotes ( figure 10-11 ). AUG fixe aussi le cadre de lecture qui est la phase au cours de laquelle les jeux de trois nucléotides sont lus pour produire une protéine. L'allongement (ou élongation) Il se produit selon un cycle en trois étapes qui se reproduit chaque fois qu'un acide





aminé est ajouté ( figure 10-11 ). a. L'AA-ARNt entrant se lie au site aminoacyle (A) de la grande (80S) sous-unité ribosomale. Cela requiert plusieurs facteurs d'allongement protéiques (EF, elongation factors) et l'hydrolyse du GTP. b. La peptidyl transférase catalyse de l'acide aminé ou peptide depuis le site P vers l'AAARNt au site A, avec la formation d'une liaison peptidique. L'ARNt « déchargé » se dissocie du complexe. c. Le nouveau peptidyl-ARNt migre vers le site P (ex. le ribosome se déplace trois nucléotides plus loin sur l'ARNm), ce qui requiert EF-2 et une hydrolyse du GTP. Le ribosome se déplace le long de l'ARNm dans le sens 5′ → 3′ et la chaîne peptidique croît du N-terminus au C-terminus. d. Quand un ribosome a « dégagé » la voie, un autre ribosome peut commencer la traduction au codon de départ. Un ARNm avec plusieurs ribosomes attachés qui sont en train d'effectuer la traduction est appelé un polyribosome ou polysome. La terminaison Elle se produit quand le ribosome rencontre un codon non-sens (de terminaison ou codon stop) (ex. UAA,UAG ou UGA) qui notifie la terminaison et la libération du polypeptide. a. Un facteur de libération de protéine, en même temps que du GTP, se lie au site. b. La peptidyl transférase hydrolyse le peptidyl-ARNt avec libération du polypeptide terminé. Il se produit une hydrolyse du GTP en GDP et Pi. c. Les ribosomes, qui peuvent se dissocier en sous-unités, peuvent être réutilisés. Le wobble (flottement, fluctuation) Le codon sur l'ARNm (base 3′) et l'anticodon sur l'ARNt (base 5′) [base « fluctuante », wobble base] peuvent « flotter » au site d'appariement de nucléotide à nucléotide. a. Dans 1′ anticodon ARNt, la base fluctuante est souvent l'inosine qui peut s'apparier avec U, C ou A du codon ARNm. b. Dans l'ARNm, G, en position fluctuante, peut s'apparier avec U ou C. U, en position fluctuante, peut s'apparier avec A ou G. c. En raison de cette fluctuation, moins de 61 ARNt sont nécessaires pour traduire les 61 codons-sens du code génétique.

Retour au début V. LES MUTATIONS A. Les deux principales sortes de mutations : 



La substitution d'un nucléotide pour un autre. Les deux groupes de mutation par substitution sont ( figure 10-12 ) : a. Les transitions qui remplacent une purine par une autre purine ou une pyrimidine par une autre pyrimidine. b. Les transversions qui remplacent une purine par une pyrimidine et vice versa. L'insertion ou la délétion d'un nucléotide. Ces dernières sont appelées mutations par changement du cadre de lecture (frameshift, en anglais).

B. Les mutations faux sens spécifient un acide aminé différent ; les mutations non-sens transforment un codon normal en codon stop.

C. La structure du code génétique tend à minimiser les effets des mutations.     

Les changements de la troisième base du codon ne changent pas l'acide aminé spécifié. Ce sont des mutations silencieuses. Les changements de la première base du codon mènent généralement à l'insertion du même acide aminé ou d'un acide aminé similaire. Les acides aminés qui possèdent une chaîne latérale fortement non polaire, ont des codons avec une pyrimidine en deuxième position, ce qui veut dire que les mutations de transition de cette base substituent des acides aminés aux propriétés similaires. Les acides aminés qui possèdent une chaîne latérale fortement polaire, ont des codons avec une purine en deuxième position, ce qui veut dire que les mutations de transition de cette base substituent des acides aminés aux propriétés similaires. D'une façon générale, seules les substitutions purine pour pyrimidine et pyrimidine pour purine dans la deuxième base conduisent à des changements majeurs de la chaîne latérale des acides aminés.

Figure 10-12. Types de mutations. D. Correspondance clinique : l'osteogenesis imperfecta (OI), une famille de maladies caractérisées par un collagène génétiquement anormal, conduit à une fragilité osseuse

anormale. Les enfants naissent avec de multiples fractures.   

Le collagène normal contient trois chaînes de polypeptides qui forment une triple hélice à enroulement gauche. Les chaînes sont constituées de répétitions tripeptidiques de gly-X-Y. Une glycine toutes les trois positions est nécessaire à la formation correcte de la triple hélice. L'OI est fréquemment le résultat d'une mutation ponctuelle (ex. la substitution d'un autre acide aminé à la glycine). Par exemple, la substitution d'une alanine à une glycine en une position proche de l'extrémité C-terminale empêche la formation de la triple hélice. Dans ce cas, il s'agit d'une mutation léthale.

E. Correspondance clinique : l'anémie à hématies falciformes est la conséquence d'une mutation qui remplace une valine par un acide glutamique en position 6 de la chaîne β de l'hémoglobine A (voir au chapitre 2 VI A). F. Correspondance clinique : les virus ARN tumoraux sont membres d'une classe de virus appelés rétrovirus.      

Ces virus ont de l'ARN comme matériel génétique et possèdent l'enzyme transcriptase inverse. Après l'entrée du virus dans la cellule-hôte, la trancriptase inverse fait une copie ADN de l'ARN, formant un hybride ADN-ARN. Puis la transcriptase inverse utilise l'hybride ADN-ARN pour faire une copie d'ADN à double hélice de son propre ARN viral. Le virus contient également une enzyme intégrase qui insère l'ADN viral dans un chromosome de la cellule-hôte. Certains gènes viraux sont des oncogènes, modificateurs des gènes normaux de la cellule-hôte, qui transforment les cellules-hôtes en cellules cancéreuses. Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) qui provoque le syndrome de l'immunodéficience acquise (SIDA) est un rétrovirus. a. Dans le cas du VIH, le virus infecte les lymphocytes T auxiliaires (helpers, en anglais) du système immunitaire et, finalement, les tue. Cela rend le sujet infecté hautement vulnérable aux infections. b. Le provirus VIH peut rester, à l'état latent, pendant longtemps dans les cellules infectées jusqu'à ce qu'un événement (encore inconnu) vienne l'activer. Cela rend une infection VIH très difficile à traiter par des médicaments.

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11 La biotechnologie NA I. LA PURIFICATION DES PROTÉINES Les protéines doivent être purifiées avant de pouvoir être étudiées. A. Les protéines se présentent en mélanges complexes qui contiennent de nombreuses protéines différentes. B. Plusieurs méthodes de séparation sont utilisées pour obtenir un échantillon d'une protéine purifiée :    

La précipitation sélective, qui comprend l'usage du pH, de la chaleur ou de sels (ex. le sulfate d'ammonium) pour séparer les protéines des solutions, La filtration sur gel et l'électrophorèse sur gel de polyacrylamide qui séparent les protéines selon leur taille, L'électrophorèse sur gel et la chromatographie par échange d'ions qui séparent les protéines selon leur charge ionique, La chromatographie d'affinité qui comprend l'extraction des protéines d'un mélange en les liant spécifiquement à leurs ligands ou à des anticorps.

Retour au début II. L'ANALYSE DES PROTÉINES A. La chromatographie par échange d'ions est utilisée pour déterminer la composition en acides aminés d'une protéine après son hydrolyse dans l'HCl. B. La méthode de dégradation d'Edman est utilisée pour déterminer la séquence des acides aminés (structure primaire).  

Cette technique comprend l'usage de phényl-isothiocyanate pour marquer et, ensuite, extraire les acides aminés, un par un, à partie de l'extrémité N-terminale ( figure 11-1 ). Cette partie de la procédure est actuellement automatisée. La méthode de dégradation d'Edman ne permet de séquencer que des peptides de 50 résidus ou moins ; les protéines doivent donc être brisées en fragments définis d'une taille utilisable. Certains agents chimiques ou certaines enzymes clivent sélectivement les protéines. a. Le bromure de cyanure clive les liaisons peptidiques sur le versant carboxyle des résidus méthionyles. b. Le 2-Nitro-5-thiocyanobenzène clive les liaisons peptidiques sur le versant aminé des résidus cystéyles. c. L'enzyme pancréatique trypsine clive les liaisons peptidiques sur le versant carboxyle des résidus lysyle et arginyle. d. L'enzyme chymotrypsine clive les liaisons peptidiques sur le versant carboxyle des résidus aromatiques ainsi que d'autres résidus volumineux non polaires.

Figure 11-1. Représentation schématique de la méthode de dégradation d'Edman pour déterminer la séquence des acides aminés d'une protéine. Après qu'un acide aminé a été enlevé, le cycle peut être répété environ 50 fois. C. La cristallographie aux rayons X et la résonance magnétique nucléaire sont utilisées pour déterminer la structure tridimensionnelle. Retour au début III. L'ANALYSE DE L'ADN A. L'ADN d'un chromosome humain contient environ 108 paires de bases et, avant que cet ADN puisse être étudié, une fragmentation doit être opérée. La fragmentation est utilisée pour briser l'ADN en fragments reproductibles de taille utilisable.  

Les enzymes bactériennes appelées endonucléases de restriction sont utilisées pour cliver l'ADN en des sites de restriction spécifiques et répétitifs de quatre à huit paires de bases ( figure 11-2 ). Chaque endonucléase de restriction clive la molécule d'ADN en fragments de taille déterminée et reproductible.

Figure 11-2. Sites de clivages répétitifs par l'endonucléase de restriction. Dans chaque paire, les brins inférieurs possèdent la même séquence (lecture) de 5′ vers 3′ que les brins supérieurs. Les flèches pointent vers les liaisons phosphodiester qui sont clivées. En haut : le site d'EcoR1, qui a des extrémités cohésives et chevauchantes. En bas : le site de Haelll qui a des extrémités franches, non chevauchantes. B. L'électrophorèse sur gel s'emploie pour séparer les fragments d'ADN selon leur taille. C. La technique de Southern (Southern blotting) s'emploie pour détecter les fragments d'ADN possédant une séquence de bases spécifique. Les étapes de la procédure comprennent ( figure 11-3 ):   

 

Dénaturer l'ADN dans le gel par la chaleur ou un alcali. Transférer (« blotting ») des fragments d'ADN du gel vers un filtre de nitrocellulose d'une façon qui préserve la disposition des fragments tels qu'ils étaient dans le gel. Immerger le filtre de nitrocellulose dans une solution contenant des sondes d'hybridation. Ces sondes sont des oligodésoxynucléotides qui sont le complément de la séquence spécifique d'ADN intéressante et qui ont été marqués (ex. par un élément radioactif ou une substance fluorescente). Laver le filtre pour enlever la sonde en excès après avoir donné suffisamment de temps à la sonde pour s'hybrider (s'anneler) à l'ADN complémentaire. Visualiser les endroits contenant l'ADN intéressant en utilisant l'autoradiographie ou la fluorescence.

D. La technique de « Northern » (Northern blotting) emploie des sondes d'hybridation pour détecter des fragments d'ARN. Sinon, la procédure est la même que celle de la technique de Southern.

E. Le Western blotting emploie des anticorps pour détecter des protéines. F. La méthode aux didésoxynucléotides de Sanger (de terminaison de chaîne) et la procédure de clivage chimique spécifique (Maxam-Gilbert) sont deux techniques utilisées pour déterminer la séquence des bases dans les fragments d'ADN. La méthode aux didésoxynucléotides de Sanger, qui est employée plus fréquemment, comprend les étapes suivantes :

Figure 11-3. Représentation schématique des techniques de Southern, Northern et Western. ADNc ADN complémentaire. (Adapté avec autorisation de Marks D., Marks A. : Basic Medical Biochemistry. Baltimore, Williams & Wilkins, 1996, p. 244.)  



Séparer (dénaturer) le fragment d'ADN en simples brins et les diviser en quatre échantillons. Ajouter à chaque échantillon les éléments suivants : une amorce oligonucléotide, un large excès des quatre désoxynucléoside triphosphates (tous les dNTP : dATP, dGTP, dCTP, dTTP), de l'ADN polymérase, une petite quantité d'un didésoxynucléosidetriphosphate (ddNTP) différent, analogue à l'un des quatre nucléotides d'ADN. a. Pour permettre la détection des fragments d'ADN, marquer l'amorce à l'extrémité 5′ ou inclure un dNTP marqué dans le mélange réactif. b. Le ddNTP stoppe la transcription quand il s'incorpore à la chaîne en cours de croissance car il n'a pas de 3′-OH. Soumettre les produits de la réaction à l'électrophorèse sur gel ou à l'autoradiographie et lire la séquence à partir de la disposition des bandes.

Figure 11-4. Représentation schématique du séquençage d'un fragment d'ADN par la méthode aux didésoxynucléotides de Sanger. ddNTP = didésoxynucléoside triphosphate. (Adapté avec autorisation de Gelehrter TD, Collins FS : Principles of Medical Genetics. Baltimore, Williams & Wilkins, 1995.)

G. L'amplification en chaîne par polymérase (polymerase chain reaction, PCR) est employée pour amplifier de très petits (1-10 ng) morceaux d'ADN ( figure 11-5 ). 



Les composants requis : a. L'ADN à amplifier, b. Deux amorces oligonucléotides complémentaires des séquences de bases de chaque brin d'ADN, une sur chacune des extrémités (flanking) de la région à amplifier, c. Les quatre dNTP, d. Une ADN polymérase stable à la chaleur (habituellement, la Taq polymérase). Le processus de PCR comprend les étapes suivantes : a. Mélanger l'ADN, les amorces en large excès, les dNTP et la polymérase, b. Chauffer brièvement le mélange à 90°C pour séparer les brins d'ADN, c. Refroidir le mélange à 60°C, ce qui permet aux amorces de s'anneler avec l'ADN et à la polymérase d'allonger les chaînes, d. Répéter les étapes b et c de 20 à 30 fois.

H. Les empreintes ADN peuvent être utilisées pour identifier l'ADN d'un individu ou pour déterminer un arbre généalogique. L'ADN provenant de chaque individu possède une empreinte caractéristique.  



Les ADN provenant de plusieurs individus contiennent des variations des séquences appelées polymorphismes, qui peuvent comporter l'insertion ou la délétion d'une base (ou plus) ou une modification de la séquence des bases. Certains polymorphismes adviennent dans les - ou près des - sites de coupure par les enzymes de restriction. Cela conduit à des polymorphismes de longueur de fragments de restriction (restriction fragment length polymorphisms, RFLP) qui sont des différences de taille des fragments de restriction entre les individus. La technique de Southern peut être utilisée pour visualiser les RFLP.

Retour au début IV. LE CLONAGE DE L'ADN RECOMBINANT ET LES PROTÉINES Le clonage comprend l'insertion de fragments d'ADN dans un vecteur (ex. un bactériophage ou un plasmide) qui vont se répliquer à l'intérieur d'une bactérie ( figure 11-6 ). A. Le clonage peut s'utiliser pour amplifier un échantillon d'ADN et en obtenir une grande quantité pour une étude ultérieure (ex. pour le séquençage). B. Dans les conditions appropriées, l'ADN recombinant injecté dans une population de cellules cibles peut être transcrit et traduit, ce qui veut dire qu'il est exprimé comme le produit génique protéique. C. Le clonage comprend les étapes suivantes :   

Cliver l'ADN à cloner et celui du vecteur avec une endonucléase de restriction, Attacher l'ADN étranger au vecteur par l'action d'une ADN ligase, produisant ainsi un ADN chimérique ou recombinant, Permettre aux bactéries d'être transformées par le vecteur contenant l'ADN

 

recombinant et les étaler ensuite sur boîte de Petri pour qu'elles forment des colonies distinctes, Identifier et sélectionner les colonies contenant l'ADN recombinant cloné en utilisant une sonde (ex. ADN, ARN ou un anticorps) puis les isoler et les mettre en culture, Isoler et identifier l'ADN cloné ou la protéine exprimée à partir de l'ADN cloné des bactéries.

Figure 11-5. Représentation schématique de l'amplification en chaîne par polymérase (PCR). (Adapté avec autorisation de Marks D., Marks A. : Basic Medical Biochemistry. Baltimore, Williams & Wilkins, 1996, p. 248.)

Figure 11-6. Un schéma simplifié du clonage d'ADN recombinant à l'intérieur d'une culture de bactéries. L'ADN cloné peut être répliqué, afin d'obtenir une grande quantité d'ADN pour étude, ou exprimé, afin d'obtenir une grande quantité du produit génique, habituellement une protéine. (Adapté avec autorisation de Marks D., Marks A. : Basic Medical Biochemistry. Baltimore, Williams & Wilkins, 1996, p. 247.) D. Les bactéries ne conviennent pas à l'expression des protéines de mammifères car il leur

manque les enzymes pour fabriquer les ARNm eucaryotes. Deux approches pour générer des protéines de mammifères sont les suivantes : 



Copier l'ARNm (codant) pour la protéine à l'aide de la transcriptase inverse afin de produire un ADN complémentaire. Ce processus comprend : a. Lier l'ADNc à l'intérieur d'un vecteur d'expression, b. Transformer une souche bactérienne, c. Permettre aux bactéries transformées d'exprimer la protéine, d. Isoler et purifier la protéine. Lier l'ADN de mammifère à l'intérieur d'un vecteur d'expression eucaryote, ce qui implique de : a. Transformer de la levure ou une culture de cellules de mammifères, b. Permettre aux cellules d'exprimer la protéine, c. Isoler et purifier la protéine.

Retour au début V. LES CORRESPONDANCES CLINIQUES A. Les syndromes diabétiques 



Le diabète insipide est un état pathologique résultant d'une incapacité de la posthypophyse à sécréter suffisamment d'hormone antidiurétique (arginine vasopressine, AVP), un polypeptide. La polyurie (excrétion de grandes quantités d'urine) et la polydipsie (absorption de grandes quantités d'eau) en sont les caractéristiques. Le traitement comprend l'administration de desmopressine synthétique analogue de l'AVP (1-désamino-8D-arginine-vasopressine). Le diabète sucré insulino-dépendant est une affection qui conduit à des anomalies du métabolisme des glucides (ex. l'hyperglycémie) et des lipides. Le traitement comprend des injections quotidiennes de la protéine insuline. Les quantités disponibles d'insuline de porc ou de bœuf sont limitées et l'insuline humaine recombinée est désormais obtenue en quantités illimitées.

B. Le nanisme hypophysaire nécessite un traitement par hormone de croissance humaine (HGH, human growth hormon, en anglais). L'HGH recombinante a remplacé l'HGH extraite de cadavres humains. C. Les problèmes hématologiques L'activateur du plasminogène tissulaire recombinant, une enzyme, est très utile pour dissoudre les caillots sanguins (ex. dans les coronaires après une crise cardiaque). Retour au début

12 Les hormones NA I. GÉNÉRALITÉS A. Le système endocrinien est constitué d'un groupe de glandes endocrines qui sécrètent des hormones dans le courant sanguin. B. Ces hormones, qui voyagent dans toutes les parties du corps, exercent des effets catalytiques spécifiques sur des tissus cibles ( figure 12-1 ). Retour au début II. CLASSIFICATION DES HORMONES A. Les hormones hydrosolubles ( figure 12-2 )   

Les hormones catécholamines (ex. l'adrénaline). Les hormones peptidiques (ex. la TRH). Les hormones protéiques (ex. l'insuline).

Figure 12-1. Représentation imagée des relations entre les glandes endocrines et leurs tissus cibles.

Figure 12-2. Structure d'hormones hydrosolubles choisies pour exemple. (Adapté avec autorisation de Marks D., Marks A. : Basic Medical Biochemistry. Baltimore, Williams & Wilkins, 1996, p. 96.)

Figure 12-3. Structure d'hormones liposolubles choisies pour exemple. B. Les hormones liposolubles ( figure 12-3 )  

Les hormones stéroïdes (ex. le cortisol, la testostérone, l'œstradiol) Les hormones thyroïdiennes (ex. la thyroxine)

Retour au début III. LES MÉCANISMES D'ACTION DES HORMONES A. Les hormones hydrosolubles  



Ces hormones se lient à des récepteurs de membrane dans leurs tissus-cibles. Leur liaison aux récepteurs conduit à la production de messagers secondaires intracellulaires ( figure 12-1 ). La liaison d'une hormone à un groupe de récepteurs stimule l'adénylate cyclase qui convertit l'ATP en adénosine 3′,5′-monophosphate (AMPc). Cet AMPc active la protéine kinase A, une enzyme qui phosphoryle plusieurs protéines. a. Certaines de ces protéines sont des enzymes et la phosphorylation peut avoir un effet soit positif, soit négatif sur leur activité. b. Certaines de ces protéines sont des facteurs de transcription appelés « protéines de liaison de l'élément de réponse à l'AMPc », lesquels modifient l'expression génique. La liaison d'une hormone à un second groupe de récepteurs active la phospholipase C qui hydrolyse le phosphatidylinositol-4,5-diphosphate (PIP2) en donnant de l'inositol1,4,5-triphosphate (IP3) et du diacylglycérol (DAG). a. Le DAG active la protéine kinase A. b. L'IP3 stimule la libération de Ca2+ depuis le réticulum endoplasmique vers le cytosol, où il module l'activité de plusieurs enzymes.



La liaison d'une hormone à un troisième groupe de récepteurs stimule l'activité de la tyrosine kinase qui entraîne l'autophosphorylation de certains des résidus tyrosyles du récepteur lui-même. Les récepteurs phosphorylés interagissent ensuite avec certaines protéines intracellulaires pour modifier les activités cellulaires.

B. Les hormones liposolubles  

Ces hormones traversent la membrane cellulaire et se lient à des protéines-récep-teurs d'hormone intracellulaires ( figure 12-1 ). La liaison d'une hormone active les récepteurs, les transformant en facteurs de transcription, lesquels se lient aux éléments de réponse à l'hormone dans l'ADN et modifient l'expression génique.

Retour au début IV. LES HORMONES RÉGULANT LE MÉTABOLISME ÉNERGÉTIQUE A. L'insuline, sécrétée par les cellules β des îlots de Langerhans pancréatiques, est une petite protéine avec deux chaînes de polypeptides connectées par des liaisons disulfure ( figure 12-2 ). 



Son action. L'insuline agit sur le tissu adipeux, le muscle strié et le foie pour diminuer les concentrations sanguines de glucose et d'acides gras non estérifiés. Ce qui conduit à : a. Une entrée accrue de glucose dans le tissu adipeux et le muscle, b. Un métabolisme accru du glucose dans le tissu adipeux, le muscle et le foie, c. Une entrée accrue d'acides aminés dans le muscle, d. Une diminution de la lipolyse et de la libération d'acides gras dans le tissu adipeux. Sa sécrétion. Des taux sanguins élevés de glucose (hyperglycémie) et d'acides aminés augmentent la sécrétion d'insuline alors que l'adrénaline la diminue.

B. Le glucagon, sécrété par les cellules α des îlots pancréatiques, est une protéine. 



Son action. Le glucagon élève la concentration sanguine en glucose et en acides gras en stimulant la production d'AMPc et en activant la protéine kinase A dans le foie, le tissu adipeux et le muscle. Ce qui conduit à : a. Une glycogénolyse accrue dans le foie et le muscle, b. Une augmentation de la lipolyse et de la libération d'acides gras dans le tissu adipeux, c. Un fonctionnement accru du cycle glucose-alanine entre le foie et le muscle. Sa sécrétion. Un taux bas de glucose sanguin (hypoglycémie) et des taux élevés d'acides aminés sanguins augmentent tous deux la sécrétion de glucagon.

C. L'adrénaline, sécrétée par la médullosurrénale, est une catécholamine ( figure 12-2 ). 

Son action. L'adrénaline élève le glucose sanguin et les acides gras et provoque le « réflexe d'attaque ou de fuite » en stimulant la production d'AMPc et l'activation de la protéine kinase A dans les tissus-cibles. Ce qui conduit à : a. Une glycogénolyse accrue dans le muscle et le foie, b. Une lipolyse et une libération d'acides gras accrues dans le tissu adipeux, c. La mise en jeu du réflexe d'attaque ou de fuite avec une fréquence cardiaque (effet chronotrope) et une force de contraction (effet inotrope) augmentées, une dilatation des vaisseaux sanguins des muscles striés et une constriction des vaisseaux sanguins de



la peau et du lit splanchnique. Sa sécrétion. L'hypoglycémie, une pression d'oxygène basse (hypoxie) et des facteurs nerveux stimulent la sécrétion d'adrénaline.

D. Le cortisol, sécrété par le cortex surrénal, est une hormone stéroïde (glucocorticoïde) ( figure 12-3 ). 



Son action. Le cortisol a de nombreuses actions dont certaines conduisent à l'élévation du glucose sanguin : a. Dégradation accrue des protéines musculaires qui libère des acides aminés comme substrats pour la néoglycogénèse, b. Synthèse accrue d'enzymes de la néoglucogénèse dans le foie, c. Inhibition de l'action de l'insuline, d. Augmentation de la masse adipeuse globale du corps aux dépens des protéines musculaires, e. Excrétion accrue de l'eau par les reins, f. Inhibition de l'inflammation, g. Freination du système immunitaire, h. Résistance accrue au stress. Sa sécrétion. L'hormone adrénocorticotrope (ACTH), une hormone hypophysaire, régule la sécrétion de cortisol. L'hormone corticolibérine (corticotrophin releasing hormone, CRH) d'origine hypothalamique, commande la sécrétion d'ACTH. La sécrétion de CRH diminue en cas de taux de cortisol plasmatique élevé.

Retour au début V. LES HORMONES RÉGULANT L'ÉQUILIBRE DE L'EAU ET DU SODIUM A. L'aldostérone, sécrétée par le cortex surrénal, est une hormone stéroïde.  

Son action. L'aldostérone stimule la rétention de Na+ et la sécrétion de K+ par le rein, les glandes sudoripares et la muqueuse intestinale. Sa sécrétion. Le système rénine-angiotensine et un taux sanguin élevé de K+ stimulent tous deux la sécrétion d'aldostérone.

B. L'arginine vasopressine (AVP) [également appelée hormone antidiurétique], sécrétée par la post-hypophyse, est un petit peptide.  

Son action. L'AVP stimule la réabsorption de l'eau par le rein. Sa sécrétion. Une osmolarité plasmatique élevée et des influx nerveux stimulent tous deux la sécrétion d'AVP.

Retour au début VI. LES HORMONES RÉGULANT LE MÉTABOLISME PHOSPHO-CALCIQUE A. La parathormone (PTH), sécrétée par les glandes parathyroïdes, est une protéine. 

Son action. La PTH élève le taux de calcium plasmatique et abaisse le taux de phosphore plasmatique. Ses autres fonctions comprennent : a. La stimulation des ostéoclastes, conduisant à la dissolution des sels osseux et à la libération de Ca2+ et de P043- dans le sang,



b. Une diminution de l'excrétion de Ca2+ et une augmentation de l'excrétion de PO43par le rein, c. Une stimulation de la formation de calcitriol par le rein à partir de la 250H-D3, conduisant à une absorption plus grande du calcium par l'intestin. Sa sécrétion. L'hypocalcémie stimule la sécrétion de PTH et l'hypercalcémie l'inhibe.

B. Le calcitriol ou 1,25-dihyroxycholécalciférol [1,25(OH)2-D3] est un dérivé de la vitamine D3. 

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Sa synthèse : a. La vitamine D3 est transformée en calcitriol par deux réactions d'hydroxylation, une dans le foie et une dans le rein. b. L'hypocalcémie et la PTH stimulent la seconde réaction d'hydroxylation. c. Le calcitriol est libéré dans la circulation par le rein. Son action : a. La stimulation de l'absorption du calcium par l'intestin. b. L'accroissement de l'efficacité de la PTH sur l'os.

Retour au début VII. LES HORMONES RÉGULANT LA TAILLE ET LE MÉTABOLISME A. La thyroxine et la tri-iodothyronine, sécrétées par cellules folliculaires de la thyroïde, sont des acides iodaminés ( figure 12-3 ). 

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Son action : L'élévation de l'hormone thyroïdienne provoque une augmentation du métabolisme dans tout le corps, ce qui se manifeste par : a. Une production de chaleur accrue, b. Une croissance accrue, c. Une activité mentale accrue, d. Une sensibilité accrue à l'adrénaline, e. Un catabolisme accru du cholestérol, conduisant à une baisse du taux de cholestérol sanguin. Sa sécrétion. La thyréostimuline (TSH), venant de l'antéhypophyse, régule la sécrétion de l'hormone thyroïdienne. L'hormone hypothalamique de libération de la thyréostimuline stimule la sécrétion de TSH et un taux plasmatique élevé de thyroxine la supprime.

B. L'hormone de croissance humaine(human growth hormone, HGH), une protéine sécrétée par l'antéhypophyse, agit dans la totalité du corps. 

Son action : a. La stimulation du foie pour lui faire sécréter le facteur de croissance I (analogue à l'insuline) qui est responsable de plusieurs des effets anaboliques de l'hormone de croissance : • L'augmentation de la synthèse protéique dans l'os et dans les tissus mous, • L'augmentation de la calcification de l'os et de la formation de la matrice osseuse, • L'augmentation de la consommation d'acides aminés par le muscle, l'os, et le rein, b. L'augmentation du taux de glucose sanguin (effet antagoniste de l'action de l'insuline),



c. L'augmentation de la libération d'acides gras par le tissu adipeux. Sa sécrétion. L'hormone de libération de l'hormone de croissance et l'hormone inhibitrice de la libération de l'hormone de croissance (somatostatine), toutes deux produites dans l'hypothalamus, régulent la sécrétion d'HGH.

Retour au début VIII. LES HORMONES RÉGULANT L'APPAREIL REPRODUCTEUR MASCULIN A. La testostérone stimule la croissance et l'activité de l'appareil reproducteur masculin ( figure 12-3 ). 

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Ses fonctions principales sont : a. La spermatogénèse [si l'hormone de stimulation des follicules (FSH) est également présente], b. La maturation et le fonctionnement de la prostate et des vésicules séminales, c. La maturation des organes sexuels masculins (c'est-à-dire, le pénis et le scrotum), d. L'intérêt pour l'activité sexuelle et la capacité de l'accomplir. Ses actions additionnelles. La testostérone, qui agit aussi sur les tissus situés en dehors de l'appareil reproducteur, est responsable de : a. La poussée de croissance pubertaire (c'est-à-dire, l'augmentation de la masse musculaire et la croissance longitudinale), b. La maturation de la peau et la disposition masculine de l'implantation des cheveux, c. Une voix plus grave, d. Une personnalité agressive.

B. La FSH, en interaction avec la testostérone, stimule la spermatogénèse. C. Sa sécrétion. L'hormone lutéinisante (LH) produite dans les cellules interstitielles des testicules stimule la sécrétion de testostérone et l'hormone de libération de l'hormone gonadotrope (gonadotropin-releasing hormone, GnRH), de l'hypothalamus, régule la sécrétion de FSH et de LH. Retour au début IX. LES HORMONES RÉGULANT L'APPAREIL REPRODUCTEUR FÉMININ A. L'œstradiol, qui prépare l'appareil reproducteur féminin à la grossesse, est un stéroïde phénolique sécrété par le follicule ovarien ( figure 12-3 ). 

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Son action sur l'appareil reproducteur féminin : a. La maturation de l'utérus, du col et du vagin, b. La prolifération de l'épithélium vaginal et de l'endomètre utérin, c. Le développement des trompes et le dépôt de graisses dans les glandes mammaires. Ses effets en dehors de l'appareil reproducteur : a. L'augmentation de la calcification et la soudure des épiphyses, b. La maturation de la peau et l'implantation féminine des cheveux,

c. Le schéma féminin de répartition des graisses. B. La progestérone, qui permet la grossesse chez les femmes préparées par l'action de l'œstradiol, est une hormone stéroïde sécrétée par le corps jaune ( figure 12-3 ). Elle conduit à :    

La transformation de l'endomètre prolifératif en endomètre sécrétoire, La prévention de la contraction utérine synchronisée, La poursuite de la grossesse, La stimulation de la croissance du système des glandes mammaires afin de permettre la sécrétion lactée.

C. La production de GnRH a pour conséquence la sécrétion de FSH et de LH. La sécrétion cyclique de GnRH par l'hypothalamus est responsable du cycle menstruel.   

La FSH stimule la croissance du follicule ovarien et la sécrétion d'œstradiol par les cellules granuleuses du follicule. Une décharge de sécrétion de LH et FSH stimule l'ovulation avec rupture du follicule et libération de l'ovule. La LH stimule la formation du corps jaune qui sécrète de la progestérone et de l'œstradiol.

D. La prolactine , produite dans l'antéhypophyse, stimule la production lactée dans les glandes mammaires qui ont été préparées par l'œstradiol et la progestérone. E. L'ocytocine, produite par la posthypophyse, stimule l'éjection du lait par les glandes mammaires. Retour au début X. UNE CORRESPONDANCE CLINIQUE : LE DIABÈTE SUCRÉ A. Le diabète sucré insulino-dépendant (DID, diabète de type I) résulte d'une diminution importante ou d'une disparition de la sécrétion d'insuline. 

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Les symptômes comprennent l'hyperglycémie (taux de glucose sanguin anormalement élevé), une anomalie de la tolérance au glucose (incapacité à maintenir un glucose sanguin normal après un repas de glucose), la polydipsie (soif excessive), la polyurie (production d'urine excessive), la polyphagie (appétit accru), une perte de poids et des épisodes d'acidocétose diabétique (voir chapitre 1, VI). Le traitement nécessite l'administration d'insuline, un régime adapté et de l'exercice physique.

B. Le diabète sucré non insulino-dépendant (DNID, diabète de type II) est la conséquence d'une insuffisance de la sécrétion d'insuline par rapport au taux de glucose sanguin, souvent due à une résistance des tissus à l'insuline. 

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Les symptômes comprennent l'hyperglycémie et une diminution de la tolérance au glucose avec un taux sanguin d'insuline bas, normal ou élevé. Il existe souvent une obésité. L'acidocétose est rare mais un coma hyperglycémique-hyperosmolaire et noncétosique peut survenir. Le traitement comprend souvent le régime et l'exercice physique mais la prise orale de

médicaments hypoglycémiants ou l'administration d'insuline peuvent s'avérer nécessaires. Retour au début

Index A Abêtalipoprotéinémie,62 Acétoacétate,55 Acétoacétyl-CoA,56 α-cétoglutarate,36 α-cétoglutarate déshydrogénase,36 Acétyl-CoA,34 Acétyl-coenzyme A,34 Acide γ-aminobutyrique (GABA),68 Acide aminé essentiel,71 Acide arachidonique,59 Acide aspartique,21 Acide dihydroorotique,77 Acide folique,95 Acide glutamique,21 Acide gras synthase,56 Acide linoléique,59 Acide mévalonique,61 Acide pantothénique,94 Acide rétinoïque,89 Acides aminés α,19 Acides aminés cétogéniques,6768 Acides aminés essentiels,87 Acides aminés non essentiels,65 Acides biliaires,51 Acides gras à chaîne moyenne (AGCM),52 Acides gras à longue chaîne (AGLC),52 Acides gras essentiels (AGE),86

Acides gras libres (AGL),51 Acides gras polyinsaturés,59 Acides linoléniques,59 Acides nucléiques,102 Acidocétose diabétique,17 Acidose métabolique,16 Acidose respiratoire,16 Acidurie orotique,77 Acyl carrier protein (protéine transporteur d'acyles) (ACP),58 Acyl-CoA déshydrogénases,63 Acyl-CoA-thiodiesters,55 Adénine (A),73 Adénine-phosphoribosyl transférase,76 Adénosine 3′,5′-monophosphate (AMPc),129 Adénosine désaminase,80 Adénosine monophosphate cyclique (AMPc),42 Adénosine triphosphate,33 Adénosine diphosphate,33 Adénylate cyclase,129 Adénylate kinase,77 ADN,73 ADN ligase,106 ADN polymérases (ADNP),105 ADN recombinant,122 Adrénaline,4268131 Alanine,1970 Alanine aminotransférase,65 Albinisme,71 Alcalose métabolique,16

Alcalose respiratoire,16 Aldostérone,131 Allongement,109 Allopurinol,82 Amidon,41 Aminoacyl-ARNt synthétase,110 Ammoniaque,66 Amorces ARN,105 AMP cyclique,73 AMP désaminase,76 Amylo (1 → 4) vers (1 → 6) transglycosylase,41 Anémie à hématies falciformes,115 Anémie mégaloblastique,95 Anémie microcytaire hypochrome,98 Annelage,104 Anticodon,110 Apoprotéines,52 Arginase,66 Arginine,2168 Arginine vasopressine (AVP),131 Argininosuccinase,66 Argininosuccinate synthétase,66 ARN,73 ARN de transfert (ARNt),102 ARN ribosomal (ARNr),102 ARNm,102 Asparagine,70 Aspartate,70 Aspartate aminotransférase,65

Aspartate transcarboxylase,77 Ataxie-télangiectasie,107 Athrepsie,87 ATP,73 B β-carotène,89 Béribéri,92 Bétaïne,71 β-hydroxybutyrate,55 Bilan azoté,87 Biotine,5595 β-isoamino-butyrate,81 β-oxydation,34 Brin,105 Brin « avancé » (ou précoce),105 Brin principal,105 Brin « retardé » (ou tardif),105 Brin secondaire,105 C CAD,77 Cadre de lecture,113 Calcitriol,51132 Calcium,96 Carbamyl-phosphate synthétase,6677 Carbamyl-aspartate,77 Carbamyl-phosphate (CAP),76 Carbamyl-phosphate synthétase II,7782 Carnitine,55 CDP-choline,73

Céramide,61 Cétoacides,67 Cétogénèse,55 Chéilite,93 Cholestérol,51 Cholestérol estérase,51 Chromatographie d'affinité,117 Chromatographie par échange d'ions,117 Chylomicrons,53 Citrate synthase,36 Clonage,122 Codon sens,101 Coenzyme vitamine B12 (méthyl-cobala-mine),71 Collagène,115 Complexe d'initiation 40S112 Complexe d'initiation 80S112 Complexe de l'ATP synthase,38 Conformation d'une protéine,21 Constante d'équilibre,25 Corps cétoniques,17 Cortisol,131 Coudes β,23 Cristallographie aux rayons X,118 CTP,73 CTP synthétase,77 Cycle de Cori,46 Cycle de Krebs,34 Cycle de l'acide citrique,34 Cycle de l'acide tricarboxylique,34

Cystathionine synthétase.,71 Cystéine,216870 Cytosine (C),73 D dATP,73 dCTP,73 Délétion,114 Dénaturation des protéines,23 Dépense énergétique de fond (DEF),85 Désamination,65 Déshydrogénase,66 Désoxyadénosyl-cobalamine,95 Désoxyribose,73 Désoxythymidylate (dTMP),79 dGTP,73 Diabète insipide,125 Diabète sucré insulino-dépendant,125134 Diabète sucré non insulino-dépendant,135 Diacylglycérols,51 Didésoxynucléoside-triphosphate (ddNTP),120 Dihydrofolate,80 Dihydrofolate réductase,80 Dihydroorotase,77 Dihydroptéridine réductase,71 Dihydrosphingosine,59 Dihydroxyacétone-phosphate (DHAP),4759 Dimère de thymine,107 Dinitrophénol,38 Disaccharides,41

Dissociation acide,13 Dopamine,68 Drépanocytose,24 dTTP,73 E Effet thermique des aliments,85 Électrophorèse sur gel de polyacrylamide,117 EMR (endocytose médiée par récepteur),54 Endocytose,53 Endonucléases de restriction,118 Énergie d'activation,27 Enthalpie,26 Entropie,26 Enzymes allostériques,30 Equation d'Henderson-Hasselbach,14 Équation de Lineweaver-Burk,28 Équation de Michaelis-Menten,27 ´Equilibre acide-base,14 Éthylène-glycol,32 Eucaryotes,102105 Excision-épissage,109 Excision-réparation,107 Exonucléase,107 Exonucléase 3′ → 5′,107 F FADH2,38 Fer,98 Feuillets β,21 Fibres insolubles,86

Fibres solubles,86 Filtration sur gel,117 Force protomotrice,37 Fragments d'Okazaki,106 Fructose-1,6-biphosphate,45 Fructose-1-phosphate aldolase,49 Fructose-2,6-biphosphate,46 Fructose-6-phosphate,44 Fructosurie,49 FSH,133 G Galactokinase,47 Galactose-1-phosphate-uridyl transférase,50 Galactosémie,50 Glossite,94 Glucagon,42130 Glucides assimilables,86 Glucides non assimilables,86 Glucocorticoïde,131 Glucokinase,44 Glucose-1-phosphate,41 Glucose-6-phosphatase,45 Glucose-6-phosphate,41 Glutamate,68 Glutamate déshydrogénase,36 Glutamate-pyruvate aminotransférase,66 Glutaminase,66 Glutamine,68 Glutamine PRPP amidotransférase,73

Glutamine synthétase,65 Glycéraldéhyde-3-phosphate,44 Glycine,70 Glycogène,41 Glycogène synthase,41 Glycogénèse,42 Glycogénolyse,42 GMP cyclique,73 GMP réductase,76 Goutte,82 Groupement aminé,19 Groupement carboxyle,19 Groupement-R,19 GTP,73 Guanine (G),73 H Hélicases,105 Hélice à double brin,102 Hélice à simple brin (monobrin),102 Hème,98 Hémochromatose,98 Hémoglobine,98 Hétérochromatine,104 Hexokinase,3144 Hexoses,44 HGPRTase,82 Histidine,2168 Histidine-α-désaminase,72 Histidinémie,72

HMG coenzyme A (CoA) réductase,54 HMG-CoA réductase,61 Homocystinurie,71 Hormone adrénocorticotrope (ACTH),131 Hormone corticolibérine,131 Hormone de croissance humaine,125132 Hormone lutéinisante (LH),133 Hormone parathyroïde (PTH),90 Hormones hydrosolubles,127 Hormones liposolubles,129 Hydroxyméthylglutaryl-CoA (HMG-CoA),56 Hydroxyurée,82 Hyperammoniémie,66 Hypercholestérolémie familiale,63 Hyperglycémie,17 Hyperlipidémies mixtes,63 Hypertriglycéridémie,63 Hyperuricémie,82 Hypothèse chimiosmotique,37 Hypoxanthine-guanine-phosphoribosyl-transférase (HGPRT),76 I Imino-acide,19 Immunodéficience combinée sévère (SCID),82 Information génétique,101 Inhibiteurs compétitifs,29 Inhibiteurs non compétitifs,30 Initiation,108 Inosine monophosphate (IMP),73 Inositol-1,4,5-triphosphate (IP3),130

Insuline,130 Introns,109 Iode,97 Isoleucine,196768 K Kwarshiorkor,87 L Lactase,47 Lactate,42 Lactate déshydrogénase,42 Lactose,47 Leucine,1967 Liaison,108 Liaisons peptidiques,19 Liaisons phosphodiester,102 Lipase,51 Lipoprotéine de très basse densité (VLDL),53 Lipoprotéine lipase,53 Lipoprotéines de basse densité (LDL),54 Lipoprotéines de haute densité (HDL),54 Lysine,2167 Lysosomes,53 M Macronutriments,86 Mélanine,68 Méthanol,32 Méthionine,2168 Méthode aux didésoxynucléotides de Sanger,119 Méthode de dégradation d'Edman,117

Méthylcobalamine,95 Méthylmalonyl-CoA,95 Micronutriments,89 Mitochondries,34 Mitose,104 Modification covalente,31 Modification post-traductionnelle,19 Monoacylgycérols,51 Mutations faux-sens,114 Mutations non-sens,114 Myoglobine,98 N NADH,36 NADPH,47 Nanisme hypophysaire,125 Navette du glycérol phosphate,44 Navette malate-aspartate,44 Néoglucogénèse,45 Neurotransmetteurs,65 Niacinamide (nicotinamide) [vitamine B3],94 Niacine (acide nicotinique),94 Nicotinamide-adénine-dinucléotide-phos-phate (NADP),94 Nicotinamide-adénine-nucléotide (NAD),94 Noradrénaline,68 Northern blotting,119 Nucléases,80109 Nucléoside,73 Nucléoside phosphorylase,80 Nucléoside-diphosphates,79

Nucléoside-monophosphate kinases,79 Nucléoside-triphosphate,79 Nucléotidases,80 Nucléotide,73 O Obésité,87 Ocytocine,134 Œ;stradiol,133 Oligosaccharides,41 OMP décarboxylase,7782 Oncogènes,115 Ornithine-carbamyl transférase,66 Orotate-phosphoribosyl transférase,7782 Orotidylate (OMP),77 Osteogenesis imperfecta (OI),115 Ostéomalacie,91 P Palmitate,59 Palmityl-enzyme,59 Parathormone (PTH),132 Peptidyl transférase,113 pH,14 Phénylacétate,67 Phénylalanine,196770 Phénylalanine hydroxylase,6871 Phénylcétones,71 Phénylcétonurie,70 Phosphatidate,59 Phosphatidyl-choline,59

Phosphatidyl-éthanolamine,59 Phosphatidylinositol,59 Phosphatidylinositol-4,5-diphosphate (PIP2),130 Phosphatidylsérine,59 Phosphoénolpyruvate (PEP) carboxykinase,36 Phosphofructokinase,45 Phosphofructokinase-1,46 Phosphoglucomutase,41 Phospholipase A,51 Phospholipase C,130 Phospholipides,51 Phosphore,99 5′-Phosphoribosyl-1-amine,73 5′-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP),73 Phosphorylase,41 Phosphorylation oxydative,36 PKa,13 Planaire,21 Polymorphismes de longueur de fragments de restriction,122 Polynucléotides,101 Polypeptides,19 Polysaccharides,41 Ponts hydrogène,102 Porphyrines,65 Potentiel d'oxydation-réduction,36 Précipitation sélective,117 Primase,105 Procaryotes,105 Progestérone,134

Prolactine,134 Proline,1968 Promoteurs de transcription,102 Propionyl-CoA,55 Procédure de clivage chimique spécifique (Maxam-Gilbert),119 PRPP synthétase,73 Purine-nucléoside phosphorylase,82 Purines,65 Pyridoxal phosphate (PLP),71 Pyridoxine (vitamine B6),71 Pyrimidine-phosphoribosyl transférase,77 Pyrimidines,65 Pyruvate,42 Pyruvate carboxylase,36 Q Queue poly(A),109 R Rachitisme,90 Réactions anaplérotiques,35 Réactions endergoniques,26 Réactions exergoniques,26 Régulation allostérique,30 Réplication,104 Résonance magnétique nucléaire,118 Réticulum endoplasmique,59 Rétinol,89 Rétrovirus,115 Rhodopsine,89 Riboflavine,93

Ribonucléotide réductase,79 Ribose,73 Ribose-5-phosphate,47 S Scorbut,24 Sels biliaires,51 Sérine,2170 Sérotonine,70 Somatostatine,133 Sondes d'hybridation,104 Southern blotting,119 Sphingolipides,51 Sphingolipidoses,63 Sphingosine,59 Structure primaire,21 Structure quaternaire,23 Structure secondaire,21 Structure tertiaire,23 Structures hélicoïdales,21 Succinyl-CoA,36 Sucrase,47 Sucrose,47 Syndrome de Wernicke-Korsakoff,92 Système de transport d'électrons (STE),36 T Tampon,14 Terminaison,109 Terminateurs,102 Testostérone,133

Tétrahydrofolate,80 Tétrahydrofolates monocarbonés,70 Thermogénine,39 Thiamine (vitamine B1),7292 Thiorédoxine réductase,79 Thréonine,2170 Thymidylate synthase,79 Thymine (T),73 Thyréostimuline (TSH),132 Thyroxine,68132 Tocophérol,91 Topoisomérases,105 Traduction,101 Transcétolase,92 Transcriptase inverse,115 Transcription,101 Transitions,114 Transport d'électrons,36 Transversions,114 Tri-iodothyronine,132 Triacylglycérol, TG,51 Triglycéride,41 Tri-iodithyronine,68 Tryptophane,196770 TTP,73 Tyrosine,196770 U UDP-glucose,73 Uracile (U),73

Urée,65 Uridine-diphosphate-glucose (UDP-glucose),41 Uridylate (UMP),77 V Valine,1968 Variation d'énergie libre,25 Variation d'énergie libre standard,25 Virus de l'immunodéficience humaine (VIH),115 Vitamine A,6189 Vitamine B6 (pyridoxine, pyridoxamine et pyridoxal),94 Vitamine B12 (cobalamine),5595 Vitamine C (acide ascorbique),96 Vitamine D2 (ergocalciférol),90 Vitamine D3 (cholécalciférol),90 Vitamine E,91 Vitamine K,6191 Vitamines hydrosolubles,92 Vitamines liposolubles,86 Voie des pentoses phosphate,47 W Western blotting,119 Wobble (flottement, fluctuation),113 X Xanthine oxydase,8083 Xeroderma pigmentosum,107 Z Zinc,99