METABOLISME

METABOLISME
DE L'EXERCICE



UV 303/308



OXYDOREDUCTION



P. PILARDEAU

















METABOLISME DE L'OXYDO REDUCTION


Les mécanismes d'oxydoréduction appartiennent à quatre grandes
catégories :


= La lutte contre les agents pathogènes,
= La détoxification des xénobiotiques,
= Un certain nombre de synthèses,
= Le système respiratoire cellulaire, connu sous le nom de
chaîne d'oxydoréduction ou chaîne respiratoire.

Au sein de ces systèmes le transfert des électrons est assuré par les
flavoprotéines et des hémoprotéines contenant du fer (sous forme Fe ++ ou
Fe+++ seul ou associé à du cuivre ou du soufre) appelés cytochromes.

Ces transferts sont à l'origine de la formation de radicaux libres
particulièrement toxiques (anion superoxyde 02-) qui nécessiteront d'être
éliminés pour préserver les structures protéiques et lipidiques des tissus.

I DANS LA MITOCHONDRIE





1.1 CYCLE DE KREBS


Le cycle de Krebs ou cycle tricarboxylique existe dans toutes les
cellules de l'organisme humain à l'exception des érythrocytes.



Les enzymes qui le constituent se trouvent placées au niveau de la
membrane interne de la mitochondrie ce qui facilite le transfert des
équivalents réducteurs aux enzymes de la chaîne respiratoire.


Le cycle de Krebs a pour fonction d'oxyder un acétyl CoA. (CH3-CO-
SCoA) en 2 CO2 et H2O. Il comprend 10 réactions dont deux seulement sont
irréversibles, la citrate synthétase et l'alpha cétoglutarate
déshydrogénase.



Condensation de l'acétyl CoA avec oxaloacétate


ATP NADH2
- - - - - -

Citrate synthétase


Oxaloacétate + Acétyl-CoA Acide citrique




CH2 -COOH CH2-
COOH


I + CH3-CO-SCoA + HS-CoA
I


CO-COOH OH-C-COOH


I



CH2-COOH





Cette réaction est inhibée par l'ATP et le NADH2 et un excès de
citrate.

Pendant l'exercice d'intensité modérée l'apport suffisant
d'oxaloacétate et la bonne réoxydation des NADH2 par la chaîne respiratoire
permet un fonctionnement satisfaisant de cette réaction. La baisse locale
de l'ATP, l'utilisation du citrate dans le cycle et la faible concentration
en NADH2, permettent de lever l'inhibition portant sur la citrate
synthétase.

Si l'intensité de l'exercice croît l'effondrement de l'ATP et le
maintien à une concentration modérée des NADH2 permet une accélération
considérable de l'activité de la citrate synthétase.

Cependant, si l'exercice dépasse un certain seuil d'intensité (VO2 max
locale), le « débordement » de la chaîne respiratoire est alors
responsable d'une augmentation de la concentration des NADH2 mitochondriaux
qui tendent à infléchir la vitesse de la citrate synthétase.



Activité de la
citrate synthétase






Repos Exercice Exercice maximal



Isomérisation de l'acide citrique

Grâce à une aconitase l'acide citrique peut dans un premier temps se
déshydrater en acide cis-aconitique puis se réhydrater en acide iso
citrique. Cette réaction est réversible.


CH2-COOH CH-COOH HOCH-COOH

I H2O II H2O I
OH-C-COOH C-COOH CH-COOH
I I I
CH2-COOH CH2-COOH CH2-COOH


Acide citrique Acide cis citrique Acide
isocitrique




Oxydation de l'acide iso citrique

La réaction est catalysée par l'isocitrico-déshydrogénase . Elle se
réalise en deux temps, la déshydrogénation puis la décarboxylation.

NADH2 Isocitrico-déshydrogénase
- - -
Acide isocitrique acide oxalo acide alpha
succinique céto-
glutarique
NAD NADH2 CO2

HOHC-COOH + NAD O = C-COOH NADH2
I I
CH-COOH CH2 + CO2
I I
CH2-COOH CH2-COOH


Acide isocitrique Acide alpha céto glutarique



La vitesse de cette réaction enzymatique est freinée par un excès de NADH2.

Pour les exercices de faible intensité la vitesse de cette enzyme
dépend essentiellement de l'apport en substrat.


Si l'exercice est de forte intensité, mais ne dépasse pas les
capacités oxydatives de la chaîne respiratoire, la vitesse est maximale
(synthèse très importante de citrate à partir de l'oxaloacétate issu de la
désamination de l'acide aspartique ou du pyruvate, et des acétyl CoA en
provenance de la bêta oxydation. Dans le cas contraire l'excès de NADH2
freine la vitesse de la réaction (exercice minimal).

Cette réaction existe également dans le cytoplasme, mais dans ce cas
l'accepteur de proton est le NADP.

Décarboxylation oxydative de l'alphacéto-glutarate

Cette réaction a pour coenzyme le pyrophosphate de thiamine (vitamine B1)
et de l'acide lipoïque. Le transfert des protons sur le NAD est assuré par
ce dernier qui fixe les H+ en ouvrant son pont disulfure. Il s'agit d'une
réaction irréversible.




Alpha cétoglutarate déshydrogénase


Acide alpha céto glutarique Succinyl CoA + CO2
HS-CoA
NAD NADH2


CO-COOH + HS-CoA CO-S-CoA + CO2
I I
CH2 CH2
I I
CH2 CH2 + NADH2
I I
COOH COOH

Acide alpha céto glutarique Succinyl CoA





Formation de l'acide succinique

Cette réaction consiste à récupérer l'énergie contenue dans la liaison
acétyl CoA sur un GDP. Elle est réversible et catalysée par la succinate
thiokinase.


C'est la seule réaction du cycle de Krebs libérant directement de
l'énergie. Le GTP formé peut être utilisé localement comme second messager
(GMPc) ou redonner du GDP par le transfert d'une liaison riche sur de
l'ADP.


CO-S-CoA COOH

I Succinate thiokinase I
CH2 CH2 + HS-CoA
I GDP GTP I
CH2 CH2
I I

COOH COOH


Succinyl CoA Acide succinique



Oxydation de l'acide succinique

L'acide succinique est déshydrogéné de façon réversible par la succinate
déshydrogénase, enzyme utilisant le FAD.


COOH COOH

I Succinate déshydrogénase I
CH2 CH
I II
CH2 FAD FADH2 CH
I I
COOH COOH

Acide succinique Acide fumarique


La vitesse de cette réaction dépend de la concentration des substrats
et notamment du FAD sous sa forme oxydée. Comme toutes les réactions
d'oxydoréduction du cycle de Krebs sa vitesse augmente en fonction de
l'intensité de l'exercice jusqu'au moment où la chaîne respiratoire se
trouve débordée par la quantité de substances réduites (NADH2 et FADH2) à
oxyder.


Formation de l'acide malique

Il s'agit d'une simple réaction d'hydratation catalysée par la fumarase.



H-C-COOH Fumarase OH-CH-COOH
II I
HOOC-C-H + H2O CH2-COOH

Acide fumarique Acide malique






Oxydation de l'acide malique

C'est la dernière réaction du cycle de Krebs, l'acide malique redonne par
oxydation de oxaloacétate. Il s'agit d'une réaction réversible qui marchera
dans un sens ou dans l'autre suivant l'état métabolique local.

Au niveau musculaire le malate formé donne de l'oxaloacétate pour fixer un
acétyl coenzyme A.


Au niveau hépatique, l'oxaloacétate provenant du pyruvate (existence à ce
niveau d'une pyruvate carboxylase) donne du malate, point de départ de la
néoglucogenèse.

OH-CH-COOH Malate déshydrogénase O=C-COOH
I I
CH2-COOH NAD NADH2 CH2-COOH

Acide malique Oxaloacétate


Pyruvate AG
NAD
CO2 Pyruvate déshydrogénase
Pyruvate NADH2
carboxylase CO2
Acétyl CoA
Oxaloacétate
Citrate synthétase
Malate déshydrogénase NADH2