24.3 : Métabolisme des lipides

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Objectifs d'apprentissage

Expliquer comment l'énergie peut être dérivée des graisses
Expliquer le but et le processus de la cétogenèse
Décrire le processus d'oxydation du corps cétonique
Expliquer le but et le processus de la lipogenèse

Les graisses (ou triglycérides) présentes dans l'organisme sont ingérées sous forme d'aliments ou synthétisées par des adipocytes ou des hépatocytes à partir de précurseurs de glucides (Figure\(\PageIndex{1}\)). Le métabolisme des lipides implique l'oxydation des acides gras pour générer de l'énergie ou synthétiser de nouveaux lipides à partir de molécules constitutives plus petites. Le métabolisme des lipides est associé au métabolisme des glucides, car les produits du glucose (tels que l'acétyl CoA) peuvent être convertis en lipides.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Triglycéride décomposé en monoglycéride. Une molécule de triglycéride (a) se décompose en monoglycéride (b).

Le métabolisme des lipides commence dans l'intestin où les triglycérides ingérés sont décomposés en acides gras à chaîne plus petite, puis en molécules de monoglycérides (voir Figure\(\PageIndex{1}\) .b) par les lipases pancréatiques, des enzymes qui décomposent les graisses après leur émulsification par sels biliaires. Lorsque les aliments atteignent l'intestin grêle sous forme de chyme, une hormone digestive appelée cholécystokinine (CCK) est libérée par les cellules intestinales de la muqueuse intestinale. La CCK stimule la libération de lipase pancréatique par le pancréas et stimule la contraction de la vésicule biliaire pour libérer les sels biliaires stockés dans l'intestin. La CCK se déplace également vers le cerveau, où elle peut agir comme un coupe-faim.

Ensemble, les lipases pancréatiques et les sels biliaires décomposent les triglycérides en acides gras libres. Ces acides gras peuvent être transportés à travers la membrane intestinale. Cependant, une fois qu'ils traversent la membrane, ils sont recombinés pour former à nouveau des molécules de triglycérides. Au sein des cellules intestinales, ces triglycérides sont conditionnés avec les molécules de cholestérol dans des vésicules phospholipidiques appelées chylomicrons (Figure\(\PageIndex{2}\)). Les chylomicrons permettent aux graisses et au cholestérol de circuler dans l'environnement aqueux de votre système lymphatique et circulatoire. Les chylomicrons quittent les entérocytes par exocytose et pénètrent dans le système lymphatique via les lactées situées dans les villosités de l'intestin. Du système lymphatique, les chylomicrons sont transportés vers le système circulatoire. Une fois dans la circulation, ils peuvent atteindre le foie ou être stockés dans des cellules adipeuses (adipocytes) qui constituent le tissu adipeux (graisse) présent dans tout le corps.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Chylomicrons. Les chylomicrons contiennent des triglycérides, des molécules de cholestérol et d'autres apolipoprotéines (molécules de protéines). Ils ont pour fonction de transporter ces molécules insolubles dans l'eau de l'intestin, à travers le système lymphatique et dans la circulation sanguine, qui transporte les lipides vers le tissu adipeux pour y être stockés.

Lipolyse

Pour obtenir de l'énergie à partir des graisses, les triglycérides doivent d'abord être décomposés par hydrolyse en deux composants principaux, les acides gras et le glycérol. Ce processus, appelé lipolyse, a lieu dans le cytoplasme. Les acides gras qui en résultent sont oxydés par β-oxydation en acétyl CoA, qui est utilisé par le cycle de Krebs. Le glycérol libéré par les triglycérides après la lipolyse entre directement dans la voie de la glycolyse sous forme de DHAP. Comme une molécule de triglycérides produit trois molécules d'acides gras contenant jusqu'à 16 atomes de carbone ou plus chacune, les molécules de graisse produisent plus d'énergie que les glucides et constituent une source d'énergie importante pour le corps humain. Les triglycérides produisent plus de deux fois plus d'énergie par unité de masse que les glucides et les protéines. Par conséquent, lorsque le taux de glucose est bas, les triglycérides peuvent être convertis en molécules d'acétyl CoA et utilisés pour générer de l'ATP par respiration aérobie.

La dégradation des acides gras, appelée oxydation des acides gras ou bêta-oxydation, commence dans le cytoplasme, où les acides gras sont convertis en molécules d'acyl CoA gras. Cet acyl CoA gras se combine à la carnitine pour créer une molécule d'acyl carnitine grasse, qui aide à transporter l'acide gras à travers la membrane mitochondriale. Une fois à l'intérieur de la matrice mitochondriale, la molécule d'acyl carnitine grasse est reconvertie en acyl CoA gras, puis en acétyl CoA (Figure\(\PageIndex{3}\)). L'acétyl CoA nouvellement formé entre dans le cycle de Krebs et est utilisé pour produire de l'ATP de la même manière que l'acétyl CoA dérivé du pyruvate.

Figure\(\PageIndex{3}\) : Décomposition des acides gras. Lors de l'oxydation des acides gras, les triglycérides peuvent être décomposés en molécules d'acétyl CoA et utilisés comme source d'énergie lorsque le taux de glucose est bas.

Cétogenèse

Si un excès d'acétyl CoA est créé par l'oxydation des acides gras et que le cycle de Krebs est surchargé et ne peut pas le gérer, l'acétyl CoA est dévié pour créer des corps cétoniques. Ces corps cétoniques peuvent servir de source de carburant si le taux de glucose est trop bas dans le corps. Les cétones servent de carburant en cas de famine prolongée ou lorsque les patients souffrent d'un diabète non contrôlé et ne peuvent pas utiliser la majeure partie du glucose circulant. Dans les deux cas, les réserves de graisse sont libérées pour générer de l'énergie par le biais du cycle de Krebs et génèrent des corps cétoniques lorsqu'une trop grande quantité d'acétyl CoA s'accumule.

Dans cette réaction de synthèse de cétones, l'excès d'acétyl CoA est converti en hydroxyméthylglutaryl CoA (HMG CoA). Le HMG CoA est un précurseur du cholestérol et un intermédiaire qui est ensuite converti en β-hydroxybutyrate, le principal corps cétonique du sang (Figure\(\PageIndex{4}\)).

Figure\(\PageIndex{4}\) : Cétogenèse. L'excès d'acétyl CoA est détourné du cycle de Krebs vers la voie de cétogenèse. Cette réaction se produit dans les mitochondries des cellules hépatiques. Il en résulte la production de β-hydroxybutyrate, le corps cétonique primaire présent dans le sang.

Oxydation du corps cétonique

Les organes traditionnellement considérés comme dépendant uniquement du glucose, tels que le cerveau, peuvent en fait utiliser les cétones comme source d'énergie alternative. Cela permet au cerveau de fonctionner lorsque le glucose est limité. Lorsque les cétones sont produites plus rapidement qu'elles ne peuvent être utilisées, elles peuvent être décomposées en CO ₂ et en acétone. L'acétone est éliminée par expiration. L'un des symptômes de la cétogenèse est que l'haleine du patient a une odeur sucrée comme l'alcool. Cet effet permet de savoir si un diabétique maîtrise correctement la maladie. Le dioxyde de carbone produit peut acidifier le sang et entraîner une acidocétose diabétique, une maladie dangereuse chez les diabétiques.

Les cétones s'oxydent pour produire de l'énergie pour le cerveau. le bêta (β) -hydroxybutyrate est oxydé en acétoacétate et le NADH est libéré. Une molécule de HS-CoA est ajoutée à l'acétoacétate, formant de l'acétoacétyl CoA. Le carbone contenu dans l'acétoacétyl CoA qui n'est pas lié au CoA se détache alors, divisant la molécule en deux. Ce carbone se fixe ensuite à un autre HS-CoA libre, ce qui donne deux molécules d'acétyl CoA. Ces deux molécules d'acétyl CoA sont ensuite traitées selon le cycle de Krebs pour générer de l'énergie (Figure\(\PageIndex{5}\)).

Figure\(\PageIndex{5}\) : Oxydation des cétones. Lorsque le glucose est limité, les corps cétoniques peuvent être oxydés pour produire de l'acétyl CoA à utiliser dans le cycle de Krebs pour générer de l'énergie.

Lipogenèse

Lorsque le taux de glucose est élevé, l'excès d'acétyl CoA généré par la glycolyse peut être transformé en acides gras, en triglycérides, en cholestérol, en stéroïdes et en sels biliaires. Ce processus, appelé lipogenèse, crée des lipides (graisses) à partir de l'acétyl CoA et se produit dans le cytoplasme des adipocytes (cellules graisseuses) et des hépatocytes (cellules hépatiques). Lorsque vous consommez plus de glucose ou de glucides que ce dont votre corps a besoin, votre système utilise de l'acétyl CoA pour transformer l'excès en graisse. Bien qu'il existe plusieurs sources métaboliques d'acétyl CoA, celui-ci est le plus souvent dérivé de la glycolyse. La disponibilité de l'acétyl CoA est importante, car elle initie la lipogenèse. La lipogenèse commence par l'acétyl CoA et progresse par l'ajout subséquent de deux atomes de carbone provenant d'un autre acétyl CoA ; ce processus est répété jusqu'à ce que les acides gras atteignent la longueur appropriée. Comme il s'agit d'un processus anabolique créateur de liens, l'ATP est consommé. Cependant, la création de triglycérides et de lipides est un moyen efficace de stocker l'énergie disponible dans les glucides. Les triglycérides et les lipides, des molécules à haute énergie, sont stockés dans le tissu adipeux jusqu'à ce qu'ils soient nécessaires.

Bien que la lipogenèse se produise dans le cytoplasme, l'acétyl CoA nécessaire est créé dans les mitochondries et ne peut pas être transporté à travers la membrane mitochondriale. Pour résoudre ce problème, le pyruvate est converti à la fois en oxaloacétate et en acétyl CoA. Deux enzymes différentes sont nécessaires pour ces conversions. L'oxaloacétate se forme sous l'action de la pyruvate carboxylase, tandis que l'action de la pyruvate déshydrogénase crée de l'acétyl CoA. L'oxaloacétate et l'acétyl CoA se combinent pour former du citrate, qui peut traverser la membrane mitochondriale et pénétrer dans le cytoplasme. Dans le cytoplasme, le citrate est reconverti en oxaloacétate et en acétyl CoA. L'oxaloacétate est transformé en malate puis en pyruvate. Le pyruvate traverse la membrane mitochondriale pour attendre le prochain cycle de lipogenèse. L'acétyl CoA est converti en malonyl CoA qui est utilisé pour synthétiser les acides gras. La figure\(\PageIndex{6}\) résume les voies du métabolisme des lipides.

Figure\(\PageIndex{6}\) : Métabolisme des lipides. Les lipides peuvent suivre l'une des nombreuses voies du métabolisme. Le glycérol et les acides gras suivent des voies différentes.

Questions de révision

Q. Les lipides contenus dans l'alimentation peuvent être ________.

A. décomposé en énergie pour le corps

B. conservé sous forme de triglycérides pour une utilisation ultérieure

C. transformé en acétyl CoA

D. tout ce qui précède

Réponse : D

Q. La vésicule biliaire fournit ________ qui facilite le transport des lipides à travers la membrane intestinale.

A. lipases

B. cholestérol

C. protéines

D. sels biliaires

Réponse : D

Q. Les triglycérides sont transportés par les chylomicrons parce que ________.

R. ils ne peuvent pas se déplacer facilement dans le sang parce qu'ils sont à base de matières grasses, alors que le sang est à base d'eau

B. ils sont trop petits pour se déplacer seuls

C. les chylomicrons contiennent les enzymes dont ils ont besoin pour l'anabolisme

D. ils ne peuvent pas traverser la membrane intestinale

Réponse : A

Q. Quelle molécule produit le plus d'ATP ?

A. glucides

B. DADH ₂

C. triglycérides

DR. NADH

Réponse : C

Q. Quelles molécules peuvent entrer dans le cycle de Krebs ?

A. Chylomicrons

B. acétyl CoA

C. monoglycérides

D. corps cétoniques

Réponse : B

Q. L'acétyl CoA peut être converti en toutes les substances suivantes, sauf ________.

A. corps cétoniques

B. acides gras

C. polysaccharides

D. triglycérides

Réponse : C

Questions sur la pensée critique

Q. Expliquez comment les glucides peuvent être stockés sous forme de matières grasses.

R. Les glucides sont convertis en pyruvate lors de la glycolyse. Ce pyruvate est converti en acétyl CoA et suit le cycle de Krebs. Lorsqu'un excès d'acétyl CoA est produit qui ne peut pas être traité par le cycle de Krebs, l'acétyl CoA est converti en triglycérides et en acides gras pour être stockés dans le foie et le tissu adipeux.

Q. Si l'haleine d'un diabétique sent l'alcool, qu'est-ce que cela peut signifier ?

R. Si le diabète n'est pas maîtrisé, le glucose dans le sang n'est pas absorbé et traité par les cellules. Bien que la glycémie soit élevée, les cellules ne disposent pas de glucose pour être converti en énergie. En raison du manque de glucose, le corps se tourne vers d'autres sources d'énergie, notamment les cétones. L'un des effets secondaires de l'utilisation de cétones comme carburant est une odeur d'alcool sucrée sur l'haleine.

Lexique

bêta (β) -hydroxybutyrate: corps cétonique primaire produit dans le corps

bêta (β) -oxydation: oxydation des acides gras

sels biliaires: les sels qui sont libérés par le foie en réponse à l'ingestion de lipides et qui entourent les triglycérides insolubles pour faciliter leur conversion en monoglycérides et en acides gras libres

cholécystokinine (CCK): hormone qui stimule la libération de lipase pancréatique et la contraction de la vésicule biliaire pour libérer les sels biliaires

chylomicrons: des vésicules contenant du cholestérol et des triglycérides qui transportent les lipides hors des cellules intestinales vers les systèmes lymphatique et circulatoire

oxydation des acides gras: décomposition des acides gras en acides gras à chaîne plus petite et en acétyl CoA

hydroxyméthylglutaryl CoA (HMG CoA): molécule créée lors de la première étape de la création de corps cétoniques à partir de l'acétyl CoA

corps cétoniques: source d'énergie alternative lorsque le glucose est limité, créée lorsqu'une trop grande quantité d'acétyl CoA est créée lors de l'oxydation des acides gras

lipogenèse: synthèse de lipides qui se produit dans le foie ou les tissus adipeux

lipolyse: dégradation des triglycérides en glycérol et en acides gras

molécules de monoglycérides: lipide constitué d'une seule chaîne d'acides gras attachée à un squelette de glycérol

lipases pancréatiques: enzymes libérées par le pancréas qui digèrent les lipides contenus dans l'alimentation

triglycérides: lipides, ou graisses, composés de trois chaînes d'acides gras attachées à un squelette de glycérol