Métabolisme énergétique physiologique et adaptation

1. Métabolisme énergétique physiologique et adaptation J. Duranteau Université Paris-Sud XI Hôpital de Bicêtre

2. Métabolisme énergétique Macromolécules Cellulaires Proteines, polysaccharides, lipides, Acides Nucléiques Nutriments fournissant de l’énergie Glucides, Graisses, Proteines ADP NAD+ NADP+ FAD+ ATP NADH NADPH FADH2 Précurseurs AA, Sucres, AG, Bases azotées Produits pauvres en énergie CO2, H2O2, NH3

3. Métabolisme énergétique Réactions d’oxydation-réduction : un substrat pert des électrons (oxidation) un substrat gagne des électrons (réduction) Réduction A oxydé B reduit A B Oxydation

4. Métabolisme énergétique

6. Métabolisme énergétique

7. Métabolisme énergétique

8. Mitochondrie

9. Mitochondrie • Les mitochondries contiennent de l’ADN. Les mitochondries se reproduisent par division comme les bactéries, indépendamment de la cellule hôte. • La théorie endosymbiotique estime que les mitochondries des eucaryotes actuels sont les descendantes de bactéries aérobies primitives qui ont colonisé une bactérie-ancêtre anaérobique, permettant à cette dernière de développer un métabolisme aérobique.

10. Mitochondrie

11. Mitochondrie

12. Espace intermembranaire H+ H+ H+ + + + + + + + + + + III IV I F0 - - - - - - - - - 1/2 02 2 H+ NADH F1 H20 ADP Pi NAD H+ Matrice ATP

13. Mitochondrie

14. Mitochondrie • L’energie libre libérée par le flux électronique le long de la chaine respiratoire est couplée au transfert des protons de l’espace intermembranaire vers la matrice générant un gradient électrochimique. • Ce potentiel de membrane supporte plusieures fonctions mitochondriales dont la synthèse d’ATP.

15. Stockage énergie • ATP 109 molécules d’ATP dans cellule • Remplacé en 1-2 min • Glycogène dans le cytoplasme • Réserve pour 1j chez l’ homme • Graisses • Réserve de 30j chez l’ homme

16. Insuline

17. Insuline Greet Van Den Berghe et al. J. Clin Invest. 2004

18. Résistance à l’insuline / intolérance glucidique / hyperglycémie

19. 5.7±1.1 mmol/L 8.5±1.8 mmol/L Greet Van Den Berghe et al. N Engl J Med 2001;345:1359-67

20. Strict blood glucose control witinsulin in critically ill patients protects hepatocytic mitochondrial ultrastructure and function Vanhorebeek L. et al. Lancet, 2005, 365:53-59

21. Greet Van Den Berghe et al. N Engl J Med 2006

22. FMN Fe/S FAD Fe/S Mitochondrie I NADH dehydrogenase NADH O2- CoQ Cyt c O2 Cyt b Fe/S Cyt c1 Cyt a Cyt a3 Fe/Cu III Coenzyme Q- cyto c reductase IV Cytochrome c oxidase II Succinate dehydrogenase Succinate

23. Espèces radicalaires de l’oxygène (ERO) Déséquilibre par augmentation Excessive et prolongée du stress oxydatif Augmentation Modérée et transitoire Taux basal Substances antioxydantes enzymatiques SOD, Catalase, GSH peroxydase Non enzymatiques Glutathion, Vitamines A, C, E Production d’ERO

25. 4 Normoxia Hypoxia or normoxia Normoxia 120 torr 22 or 120 torr 120 torr 3 Oxygen uptake (µmol/hr/million cells) 2 Normoxia Hypoxia 1 0 0 10 20 30 40 50 60 Time (hrs) P.T. Schumacker et al. Am.J. Physiol.L395-L402, 1993.

26. rec Normoxia 0.8 Ano Hypoxia or normoxia 120 torr 22 or 120 torr 120 torr 0.6 Lactate (mM/L) 0.4 Normoxia Hypoxia 0.2 0 0 10 20 30 40 50 60 Time (hrs) P.T. Schumacker et al. Am.J. Physiol.L395-L402, 1993.

27. Hypoxia 20 torr recovery 120 110 100 90 80 Total motion (% of control values) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 60 120 180 240 300 360 420 Times (min) J. Duranteau et al. J. Biol. Chem. 273:11619-11624. 1998.

28. 1200 Normoxia 15% 02 Hypoxia 5% 02 1000 Hypoxia 3% 02 Hypoxia 1% 02 800 DCFH (% of initial values) 600 400 200 0 Hypoxia -200 0 60 120 180 240 110 100 90 80 70 60 Total motion (% of initial values) 50 40 30 20 Hypoxia 10 0 0 60 120 180 240 Times (min) J. Duranteau et al. J. Biol. Chem. 273:11619-11624. 1998.

29. Recovery Hypoxia 110 100 90 80 70 60 Total motion (% of initial values) 50 40 30 20 Hypoxia + Phen-MPG Hypoxia 10 0 0 60 120 180 240 Time (min) J. Duranteau et al. J. Biol. Chem. 273:11619-11624. 1998.

30. Recovery  H O 25 M 2 2 100 80 60 Total motion (% of initial values) 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 420 Time (min)

31. 450 0.75 mM 400 1 mM 2 mM 350 5 mM 300 DCFH (% of initial values) 250 200 150 100 50 Azide 0 0 60 120 180 240 110 100 90 80 70 60 Total motion (% of initial values) 50 40 30 20 Azide 10 0 0 60 120 180 240 Times (min)

32. Oxygen (µM) Succ ADP 350 µM 200 100 0 Mt NO 0.4 1.0 2.0 3.0 µM 0 5 10 15 Time (min) Takehara et al. Arch. Biochem. Biophys.323, 27-32, 1995. *

33. Cytochrome oxidase Oxygen consumption 1 µM NO 1 µM NO NO electrode Brown GC, Cooper CE, FEBS Lett.356, 295-298, 1994. *

34. Oxygen (µM) Succ ADP 600 µM 200 100 0 Mt NO (0.8 µM) NO NO NO 0 5 10 15 Time (min) Takehara et al. Arch. Biochem. Biophys.323, 27-32, 1995. *

35. Hypoxia or NO 0.2 µM 120 Normoxia or end NO 110 100 90 80 70 Total motion (% of initial values) 60 50 40 30 NO 0.2 M 20 Hypoxie 10 0 0 60 120 180 240 300 360 420 Time (min)

36. Réponse au stress hypoxique  EPO  iNOS  HIF1  O2  Besoins métaboliques  GLUT-1 ATP  glycolyse VEGF Proteines De stress