VOIES MÉTABOLIQUES: TYPES ET VOIES PRINCIPALES - LA BIOLOGIE - 2025

Une voie métabolique est un ensemble de réactions chimiques, catalysées par des enzymes. Dans ce processus, une molécule X est transformée en une molécule Y, au moyen de métabolites intermédiaires. Les voies métaboliques ont lieu dans l'environnement cellulaire.

En dehors de la cellule, ces réactions prendraient trop de temps et certaines pourraient ne pas se produire. Par conséquent, chaque étape nécessite la présence de protéines catalytiques appelées enzymes. Le rôle de ces molécules est d'accélérer la vitesse de chaque réaction au sein de la voie de plusieurs ordres de grandeur.

Principales voies métaboliques

Source: Chakazul (discussion · contributions), via Wikimedia Commons.

Physiologiquement, les voies métaboliques sont connectées les unes aux autres. Autrement dit, ils ne sont pas isolés dans la cellule. Bon nombre des voies les plus importantes partagent des métabolites en commun.

Par conséquent, l'ensemble de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les cellules est appelé métabolisme. Chaque cellule est caractérisée en présentant une performance métabolique spécifique, qui est définie par le contenu d'enzymes à l'intérieur, qui à son tour est génétiquement déterminé.

Caractéristiques générales des voies métaboliques

Dans l'environnement cellulaire, un grand nombre de réactions chimiques se produisent. L'ensemble de ces réactions est le métabolisme, et la fonction principale de ce processus est de maintenir l'homéostasie du corps dans des conditions normales, ainsi que dans des conditions de stress.

Ainsi, il doit y avoir un équilibre des flux de ces métabolites. Parmi les principales caractéristiques des voies métaboliques, nous avons les suivantes:

Les réactions sont catalysées par des enzymes

Réaction catalysée par les enzymes cyclooxygénases (Source: Pancrat via Wikimedia Commons)

Les protagonistes des voies métaboliques sont des enzymes. Ils sont chargés d'intégrer et d'analyser les informations sur l'état métabolique et sont capables de moduler leur activité en fonction des besoins cellulaires du moment.

Le métabolisme est régulé par les hormones

Le métabolisme est dirigé par une série d'hormones, capables de coordonner les réactions métaboliques, en tenant compte des besoins et des performances du corps.

Compartimentation

Il existe une compartimentation des voies métaboliques. Autrement dit, chaque voie se déroule dans un compartiment subcellulaire spécifique, appelez-le cytoplasme, mitochondries, entre autres. D'autres itinéraires peuvent se produire dans plusieurs compartiments simultanément.

La compartimentation des voies aide à la régulation des voies anaboliques et cataboliques (voir ci-dessous).

Coordination du flux métabolique

La coordination du métabolisme est obtenue grâce à la stabilité de l'activité des enzymes impliquées. Il est à noter que les voies anaboliques et leurs homologues cataboliques ne sont pas totalement indépendantes. En revanche, ils sont coordonnés.

Il existe des points enzymatiques clés dans les voies métaboliques. Avec le taux de conversion de ces enzymes, tout le flux de la voie est régulé.

Types de voies métaboliques

En biochimie, on distingue trois types principaux de voies métaboliques. Cette division est réalisée selon des critères bioénergétiques: voies catabolique, anabolique et amphibole.

Routes cataboliques

Les voies cataboliques englobent les réactions de dégradation oxydative. Ils sont réalisés afin d'obtenir de l'énergie et une puissance réductrice, qui seront utilisées ultérieurement par la cellule dans d'autres réactions.

La plupart des molécules organiques ne sont pas synthétisées par l'organisme. En revanche, nous devons le consommer par l'alimentation. Dans les réactions cataboliques, ces molécules sont dégradées en monomères qui les composent, qui peuvent être utilisés par les cellules.

Routes anaboliques

Les voies anaboliques comprennent les réactions chimiques de synthèse, prenant de petites molécules simples et les transformant en éléments plus grands et plus complexes.

Pour que ces réactions aient lieu, il faut de l'énergie disponible. D'où vient cette énergie? Des voies cataboliques, principalement sous forme d'ATP.

De cette manière, les métabolites produits par les voies cataboliques (qui sont globalement appelées "pool de métabolites") peuvent être utilisés dans les voies anabolisantes afin de synthétiser des molécules plus complexes dont le corps a besoin pour le moment.

Parmi ce pool de métabolites, il existe trois molécules clés du processus: le pyruvate, l'acétyl coenzyme A et le glycérol. Ces métabolites sont responsables de la connexion du métabolisme de différentes biomolécules, telles que les lipides, les glucides, entre autres.

Routes amphibies

Une voie amphibole fonctionne comme voie anabolique ou catabolique. Autrement dit, c'est une voie mixte.

La route amphibole la plus connue est le cycle de Krebs. Cette voie a un rôle fondamental dans la dégradation des glucides, des lipides et des acides aminés. Cependant, il participe également à la production des précurseurs des voies de synthèse.

Par exemple, les métabolites du cycle de Krebs sont les précurseurs de la moitié des acides aminés utilisés pour fabriquer des protéines.

Principales voies métaboliques

Dans toutes les cellules qui font partie des êtres vivants, une série de voies métaboliques sont effectuées. Certains d'entre eux sont partagés par la plupart des organismes.

Ces voies métaboliques comprennent la synthèse, la dégradation et la conversion de métabolites vitaux. L'ensemble de ce processus est connu sous le nom de métabolisme intermédiaire.

Les cellules ont en permanence besoin de composés organiques et inorganiques, ainsi que d'énergie chimique, qui provient principalement de la molécule d'ATP.

L'ATP (adénosine triphosphate) est la forme la plus importante de stockage d'énergie dans toutes les cellules. Et les gains et investissements énergétiques des voies métaboliques sont souvent exprimés en termes de molécules d'ATP.

Les voies les plus importantes qui sont présentes dans la grande majorité des organismes vivants seront discutées ci-dessous.

Glycolyse ou glycolyse

Figure 1: glycolyse vs gluconéogenèse. Réactions et enzymes impliquées.

La glycolyse est une voie qui implique la dégradation du glucose jusqu'à deux molécules d'acide pyruvique, obtenant comme gain net deux molécules d'ATP. Il est présent dans pratiquement tous les organismes vivants et est considéré comme un moyen rapide d'obtenir de l'énergie.

En général, il est généralement divisé en deux étapes. Le premier concerne le passage de la molécule de glucose en deux molécules de glycéraldéhyde, inversant deux molécules d'ATP. Dans la deuxième phase, des composés à haute énergie sont générés et 4 molécules d'ATP et 2 molécules de pyruvate sont obtenues comme produits finaux.

L'itinéraire peut se poursuivre de deux manières différentes. S'il y a de l'oxygène, les molécules finiront leur oxydation dans la chaîne respiratoire. Ou, en l'absence de cela, la fermentation se produit.

Gluconéogenèse

AngelHerraez / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

La gluconéogenèse est une voie de synthèse du glucose, à partir d'acides aminés (à l'exception de la leucine et de la lysine), du lactate, du glycérol ou de l'un des intermédiaires du cycle de Krebs.

Le glucose est un substrat essentiel pour certains tissus, comme le cerveau, les globules rouges et les muscles. L'apport de glucose peut être obtenu grâce aux réserves de glycogène.

Cependant, lorsque ceux-ci sont épuisés, le corps doit commencer la synthèse du glucose afin de répondre aux demandes des tissus - principalement le tissu nerveux.

Cette voie se produit principalement dans le foie. C'est vital car, dans les situations de jeûne, le corps peut continuer à obtenir du glucose.

L'activation ou non de la voie est liée à la nutrition de l'organisme. Les animaux qui consomment des régimes riches en glucides ont de faibles taux gluconéogéniques, tandis que les régimes pauvres en glucose nécessitent une activité gluconéogénique significative.

Cycle du glyoxylate

Tiré et édité de: L'éditeur original était Adénosine sur Wikipedia anglais. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ce cycle est propre aux plantes et à certains types de bactéries. Cette voie permet de transformer des unités acétyle à deux carbones en unités à quatre carbones - appelées succinate. Ce dernier composé peut produire de l'énergie et peut également être utilisé pour la synthèse du glucose.

Chez l'homme, par exemple, il serait impossible de subsister sur l'acétate seul. Dans notre métabolisme, l'acétyl coenzyme A ne peut pas être convertie en pyruvate, qui est un précurseur de la voie gluconéogénique, car la réaction enzymatique de la pyruvate déshydrogénase est irréversible.

La logique biochimique du cycle est similaire à celle du cycle de l'acide citrique, à l'exception des deux étapes de décarboxylation. Il se produit dans des organites très spécifiques de plantes appelées glyoxysomes, et est particulièrement important dans les graines de certaines plantes comme le tournesol.

Cycle de Krebs

Cycle d'acide tricarboxylique (cycle de Krebs). Tiré et édité de: Narayanese, WikiUserPedia, YassineMrabet, TotoBaggins (traduit en espagnol par Alejandro Porto).

C'est l'une des voies considérées comme centrales dans le métabolisme des êtres organiques, car elle unifie le métabolisme des molécules les plus importantes, notamment les protéines, les graisses et les glucides.

C'est un composant de la respiration cellulaire et vise à libérer l'énergie stockée dans la molécule d'acétyl coenzyme A - le principal précurseur du cycle de Krebs. Il est composé de dix étapes enzymatiques et, comme nous l'avons mentionné, le cycle fonctionne à la fois dans les voies anaboliques et cataboliques.

Chez les organismes eucaryotes, le cycle se déroule dans la matrice des mitochondries. Chez les procaryotes - dépourvus de véritables compartiments subcellulaires - le cycle se déroule dans la région cytoplasmique.

Chaîne de transport d'électrons

Utilisateur: Rozzychan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

La chaîne de transport d'électrons est constituée d'une série de transporteurs ancrés dans une membrane. La chaîne vise à générer de l'énergie sous forme d'ATP.

Les chaînes sont capables de créer un gradient électrochimique grâce au flux d'électrons, un processus crucial pour la synthèse d'énergie.

Synthèse d'acides gras

Les acides gras sont des molécules qui jouent un rôle très important dans les cellules, on les trouve principalement en tant que composants structurels de toutes les membranes biologiques. Pour cette raison, la synthèse des acides gras est essentielle.

L'ensemble du processus de synthèse se produit dans le cytosol de la cellule. La molécule centrale du processus est appelée malonyl coenzyme A. Elle est chargée de fournir les atomes qui formeront le squelette carboné de l'acide gras en formation.

Bêta oxydation des acides gras

L'oxydation bêta est un processus de dégradation des acides gras. Ceci est accompli en quatre étapes: oxydation FAD, hydratation, oxydation NAD + et thiolyse. Auparavant, l'acide gras doit être activé par l'intégration de la coenzyme A.

Le produit des réactions mentionnées sont des unités formées par une paire de carbone sous forme d'acétyl coenzyme A. Cette molécule peut entrer dans le cycle de Krebs.

L'efficacité énergétique de cette voie dépend de la longueur de la chaîne d'acides gras. Pour l'acide palmitique, par exemple, qui a 16 carbones, le rendement net est de 106 molécules d'ATP.

Cette voie se déroule dans les mitochondries des eucaryotes. Il existe également une autre voie alternative dans un compartiment appelé le peroxysome.

La plupart des acides gras étant situés dans le cytosol cellulaire, ils doivent être transportés vers le compartiment où ils seront oxydés. Le transport dépend du cartinitan et permet à ces molécules de pénétrer dans les mitochondries.

Métabolisme nucléotidique

La synthèse des nucléotides est un événement clé du métabolisme cellulaire, car ce sont les précurseurs des molécules qui font partie du matériel génétique, l'ADN et l'ARN, et d'importantes molécules énergétiques, telles que l'ATP et le GTP.

Les précurseurs de la synthèse nucléotidique comprennent différents acides aminés, le ribose 5 phosphate, le dioxyde de carbone et NH ₃. Les voies de récupération sont responsables du recyclage des bases libres et des nucléosides libérés par la dégradation des acides nucléiques.

La formation du cycle purine a lieu à partir du phosphate de ribose 5, il devient un noyau purine et finalement le nucléotide est obtenu.

Le cycle pyrimidine est synthétisé sous forme d'acide orotique. Suivi de la liaison au phosphate de ribose 5, il est transformé en nucléotides pyrimidiniques.

Fermentation

L'auteur de la version originale est User: Norro. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Les fermentations sont des processus métaboliques indépendants de l'oxygène. Ils sont de type catabolique et le produit final du processus est un métabolite qui a encore un potentiel d'oxydation. Il existe différents types de fermentations, mais la fermentation lactique a lieu dans notre corps.

La fermentation lactique a lieu dans le cytoplasme cellulaire. Il consiste en la dégradation partielle du glucose afin d'obtenir de l'énergie métabolique. En tant que déchet, de l'acide lactique est produit.

Après une session intense d'exercices anaérobies, le muscle n'est pas avec des concentrations adéquates d'oxygène et une fermentation lactique se produit.

Certaines cellules du corps sont obligées de fermenter, car elles sont dépourvues de mitochondries, comme c'est le cas avec les globules rouges.

Dans l'industrie, les procédés de fermentation sont utilisés à une fréquence élevée pour produire une série de produits destinés à la consommation humaine, tels que le pain, les boissons alcoolisées, les yaourts, entre autres.

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