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Types de lipides membranaires

Il y a trois catégories de lipides membranaires : les phosphoglycérides (tout ceux qui commencent par phosphatidyl-), les sphingolipides, et le cholestérol. On peut regrouper les deux premiers sous le nom de phospholipides car ce sont des lipides contenant un atome de phosphore (en orange). Chacun a une structure particulière, des rôles différents, et une répartition spécifique entre les feuillets internes et  externes.

Le code couleur utilisé est celui employé en général en chimie : hydrogène : blanc / carbone : gris / oxygène : rouge / phosphore : orange / azote : bleu.

Génétique

Les acides nucléiques sont les molécules de base du code génétique (Adénine, Thymine, Cytosine, Guanine). Ils s'assemblent avec des sucres (riboses) et des phosphates pour fabriques des bases nucléotidiques ou nucléotides. En polymérisant plusieurs nucléotides bout à bout, on obtient un brin d'acide désoxyribonucléique (ADN). Ce dernier est le plus souvent double brin, et l'action de copier un brin d'ADN pour passer en ADN-double-brin s'appelle la réplication. Pendant la réplication, le brin est copié selon une règle de complémentarité des bases : en face d'une base A il y aura toujours une base T et réciproquement, et en face d'une base C il y aura toujours une base G et réciproquement. Une erreur dans la réplication entraine une mutation, qui peut être sans conséquence ou pathologique, et on parle alors de maladie génétique.

La transcription est le passage de l'ADN à l'ARN (acide ribonucléique) grâce à une enzyme, l'ARN polymérase. L'ARN est fait à peu près des mêmes composés que l'ADN, et créé selon les mêmes règles de complémentarité que lors de la réplication, mais les bases de thymines sont remplacées par des bases d'uraciles, un autre acide nucléique. Il existe plusieurs sortes d'ARN.

Les pré-ARN messagers contiennent les informations nécessaires pour coder les protéines, et sont composés d'introns et d'exons. Lors de l'épissage, les introns sont enlevés et la séquence est composée que d'exons, on a alors un ARN messager (ARNm)  mature. Lors de la traduction, l'ARNm est lu par un ribosome : le ribosome interprète les enchainement de nucléotides comme des acides aminés à assembler. Il polymérise alors des acides aminés en créant des liaisons peptidiques entre eux, jusqu'à avoir un peptide ou une protéine qui continuera à maturer dans la cellule. Les acides aminés sont amenés par les ARN de transfert (ARNt) jusqu'au ribosome. Les micro-ARN (miARN) sont plus petits que les ARNm ou ARNt et il en existe plein de sortes. Ils ont un rôle de régulation de l'épissage et de la traduction.

Cycle de Krebs

Le cycle de Krebs est un carrefour métabolique important, composé de réactions enzymatiques qui se succèdent, avec des voies d'entrées et de sorties. L'un des but de ces réactions et de permettre les phosphorylations oxydatives, un ensemble de réactions à part avec essentiellement de l'oxydo-réduction pour obtenir au final de l'adénosine tri-phosphate (ATP), carburant de nos cellules. Le support des phosphorylations oxydatives est la chaine respiratoire, un ensemble de protéines membranaires mitochondriales.

Pour alimenter le cycle de Krebs on a plusieurs substrats possibles préalablement catabolisés, qu'on appelle les voies anaplérotiques. Par exemple, les glucides subissent la glycolyse en pyruvate pour rentrer dans le cycle, et les lipides la β oxydation en acides gras. Les protéines sont dégradées en acides aminés et certains peuvent rentrer dans le cycle de Krebs, mais c'est un phénomène minoritaire par rapport au glucides et au lipides.

L'ATP sert par exemple à la contraction musculaire : on comprend ainsi en partie pourquoi les sportifs doivent manger beaucoup de glucides pour leurs efforts, et pourquoi on perd de la graisse quand on fait de l'exercice.

Métabolisme du glucose

Le glucose est un sucre (un ose) qu'on retrouve souvent dans l'alimentation. Il peut être transformé entre autre en glycogène ou en adénosine triphosphate (ATP). Le glycogène (qui littéralement génère du glucose) est un polymère de glucose, c'est-à-dire qu'on a collé plusieurs molécules de glucose entre elles, ce qui permet de le stocker efficacement ; on le trouve principalement dans le foie, et un peu dans les muscles. L'ATP est le carburant de la cellule : elle est capable de se fixer à tout un tas de protéines, et y libère de l'énergie en relâchant un phosphate (elle se transforme en adénosine diphoshate ou ADP).

L'anabolisme consiste en la synthèse d'une molécule élaborée à partir de petites molécules (par exemple la synthèse du glycogène à partir du glucose), et son opposé est le catabolisme c'est-à-dire la destruction de molécules complexes en molécules plus simples (comme la lyse du glycogène en glucose). L'ensemble de l'anabolisme et du catabolisme s'appelle le métabolisme.

Dans le métabolisme glucidique, on va avoir des étapes « carrefour » entre plusieurs voies métaboliques. Chaque voie met en jeu plusieurs enzymes et étapes intermédiaires (que je vous épargne ici). Parmi plusieurs carrefours, on a par exemple ici le glucose-6-phosphate (G6P) et le pyruvate. Il faut savoir aussi qu'un des organite clé du métabolisme dans la cellule est la mitochondrie, qui possède plusieurs enzymes essentielles à plusieurs métabolismes (glucides, lipides).

La glycolyse (glyco- : sucre / -lyse : destruction) est le catabolisme du glucose consommé dans les aliments en pyruvate, et le pyruvate va passer par une chaine complexe de réactions métaboliques appelé le cycle de Krebs qui permettra entre autre de synthétiser l'ATP. Le glucose peut être anabolisé à partir du pyruvate grâce à la néoglucogenèse (ou NGG / néogluco- : nouveau glucose car ne provient pas de l'alimentation / -genèse : fabrication). Le glucose est stocké en glycogène à partir du G6P dans la glycogenogenèse (genèse du glycogène), et le glycogène catabolisé en G6P dans la glycogenolyse (lyse du glycogène).

Métabolisme glucidique

Phosphoglycérides

Il y a trois catégories de lipides membranaires : les phosphoglycérides, les sphingolipides et le cholestérol, les deux premiers étant regroupés sous le nom de phospholipides. Chacun ont une structure particulière, des rôles différents, et une répartition spécifique entre les feuillets internes et externes car elles sont amphiphiles c'est-à-dire à la fois hydrophiles et hydrophobes. Cette propriété est directement liée à leur structure chimique, qu'on détaille ici pour les phosphoglycérides.

Le glycérol est une structure de trois atomes de carbone (C), auxquels on a ajouté à chacun une fonction hydroxyle (OH). Chacune de ces fonctions OH vont se lier à d'autres molécules par des liaisons ester conférant les propriétés du phosphoglycéride avec la région hydrophile d'une part et hydrophobe d'autre part, ce qui fait du glycérol la charnière de ce phospholipide.

Des acides gras vont occuper deux des trois fonctions OH du glycérol, formant les deux espèces de « pattes » hydrophobes au phosphoglycéride. Les acides gras sont des acides monocarboxyliques (car ne possèdent qu'une seule fonction carboxyle, fonction qui confère la propriété acide de la molécule et permet la liaison ester) associés à un longue chaine carbonée et cette dernière est hydrophobe car apolaire. Les atomes de carbone de la chaine carbonée peuvent être saturés en hydrogène (2H), où insaturés (1H sur deux C consécutifs) formant des doubles liaisons. Ça créé un genre de coude dans la molécule, ce qui diminue l'entassement entre les phospholipides et les interactions hydrophobes et donc augmente la fluidité membranaire, et ce d'autant plus si l'acide gras est poly-insaturé.

La dernière fonction OH du glycérol est occupée par un groupement phosphate (noté P dans le premier schéma puis détaillé) ce qui correspond à un atome de phosphore associé à plusieurs atomes d'oxygènes : un avec une double liaison, et trois autres avec des fonctions OH. Sur les 3 fonctions OH du phosphate, 1 reste tel quel, et les 2 autres vont se lier à d'autres molécules : l'un au glycérol ça on l'a dit, et l'autre avec un alcool au choix. Cet alcool peut contenir de l'azote comme la choline, la sérine et l'éthanolamine, ou être cyclique comme l'inositol. Les propriétés varient selon l'alcool associé et on nomme le phosphoglycéride selon cet alcool, par exemple la phosphatidyl-choline. L'ensemble formé par le phospho-alcool va être hydrophile grâce aux fonctions OH notamment.