Bêta-oxydation des acides gras : lipolyse, navette carnitine, ATP

En cas de jeûne ou d'effort, la lipase hormono-sensible (activée par le glucagon/adrénaline via l'AMPc-PKA) hydrolyse les TG des adipocytes en glycérol et AG. Les AG passent dans le sang, se lient à l'albumine et sont captés par les tissus. Les AG pénètrent dans les mitochondries via la navette carnitine (CPT-I est le régulateur clé, inhibé par le malonyl-CoA). Bêta-oxydation : chaque cycle raccourcit la chaîne de 2 carbones → acétyl-CoA + FADH₂ + NADH. Un palmitate fournit ~106 ATP.

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Mobilisation des graisses à partir du tissu adipeux

Les triacylglycérols stockés dans les adipocytes en période post-prandiale sont mobilisés lors du jeûne et de l'exercice physique intense comme source d'énergie. Le signal du lipolyse est donné par le glucagon, l'adrénaline et la noradrénaline. Les hormones se fixent sur des récepteurs couplés aux protéines G ; la sous-unité α se détache et active l'adénylyl cyclase, qui catalyse la conversion de l'ATP en AMPc. L'AMPc active la protéine kinase A.

La protéine kinase A réalise deux événements régulateurs :

Étapes de la lipolyse des triacylglycérols

L'hydrolyse des TAG se déroule par étapes :

  1. La lipase hormono-sensible (TAG-lipase) détache un premier acide gras, formant un diacylglycérol. L'adiponutrine (ATGL) participe également à l'initiation de la lipolyse.
  2. La diacylglycérol lipase détache un deuxième acide gras avec formation d'un monoacylglycérol.
  3. La monoacylglycérol lipase dégrade le monoacylglycérol en glycérol et en un troisième acide gras.

Les acides gras libres passent dans le sang, se lient à l'albumine et sont transportés vers les tissus consommateurs.

Activation des acides gras et navette carnitine

Dans le cytosol de la cellule cible, l'acide gras est activé par l'enzyme acyl-CoA synthétase :

R–COOH + ATP + HS-CoA → R–CO–S–CoA + AMP + H₄P₂O₇

Deux liaisons macro-énergétiques sont consommées (ATP → AMP + PPi).

La membrane mitochondriale interne est imperméable à l'acyl-CoA, c'est pourquoi la navette carnitine est utilisée :

La CPT-I est l'enzyme régulatrice clé de la voie.

Réactions de la bêta-oxydation

Le processus se déroule dans la matrice mitochondriale en conditions aérobies et est couplé à la chaîne respiratoire. Chaque cycle raccourcit l'acide gras de 2 atomes de carbone et produit une molécule d'acétyl-CoA. L'oxydation s'effectue au niveau de l'atome de carbone β, d'où son nom.

  1. Déshydrogénation : l'acyl-CoA déshydrogénase arrache de l'hydrogène entre les carbones α et β, réduisant le FAD en FADH₂. Il se forme de l'énoyl-CoA.
  2. Hydratation : l'énoyl-CoA hydratase fixe de l'eau sur la double liaison, formant le β-hydroxyacyl-CoA.
  3. Déshydrogénation : la β-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase oxyde le groupe OH, réduisant le NAD⁺ en NADH. On obtient du β-cétoacyl-CoA.
  4. Thiolyse : la β-cétoacyl-thiolase clive la liaison entre les carbones α et β en fixant une deuxième molécule de CoA. Sont libérés un acétyl-CoA et un acyl-CoA raccourci de 2 carbones, qui entame un nouveau cycle.

Bilan énergétique de la bêta-oxydation

Pour un acide gras avec un nombre pair d'atomes de carbone n :

Formule finale : ATP = (n/2) · 12 + (n/2 − 1) · 5 − 2. Pour l'acide palmitique (C₁₆) : 8·12 + 7·5 − 2 = 129 ATP.

Régulation de la bêta-oxydation

La vitesse d'oxydation des acides gras dépend de plusieurs facteurs :

Le malonyl-CoA est le produit de la réaction catalysée par l'acétyl-CoA carboxylase. Dans le foie et le tissu adipeux, l'insuline active l'acétyl-CoA carboxylase en la déphosphorylant via une phosphatase ; l'accumulation de malonyl-CoA bloque la CPT-I et l'entrée des acyles dans la matrice. Ainsi, la synthèse et l'oxydation des acides gras ne se produisent pas simultanément.

Régulation dans le tissu musculaire

Les muscles ne synthétisent pas d'acides gras, mais contiennent une isoforme de l'acétyl-CoA carboxylase qui produit du malonyl-CoA pour réguler la CPT-I. Cette isoforme est inactivée par phosphorylation sous l'action de deux kinases :

L'acétyl-CoA carboxylase phosphorylée est inactive, la concentration de malonyl-CoA chute, l'inhibition de la CPT-I est levée, le transfert des acyles dans la matrice et la β-oxydation augmentent. Ainsi, l'adrénaline et un statut énergétique bas associent le travail musculaire à une combustion active des acides gras.

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