Corps cétoniques

Quelles enzymes catalysent les réactions successives de la cétogenèse ?

Les réactions successives de la synthèse des corps cétoniques se déroulent dans la matrice mitochondriale des hépatocytes et sont catalysées par les enzymes suivantes :

• Thiolase — catalyse la condensation de 2 molécules d'acétyl-CoA pour former de l'acétoacétyl-CoA ; libération de HS-CoA.
• HMG-CoA synthase — catalyse la formation de HMG-CoA à partir d'acétoacétyl-CoA, d'acétyl-CoA et de $H_2O$ ; il s'agit de l'enzyme clé de la cétogenèse et de l'étape limitante.
• HMG-CoA lyase — catalyse la lyse du HMG-CoA en acétoacétate et acétyl-CoA.

Ensuite, l'acétoacétate peut être réduit en β-hydroxybutyrate ou, en cas de forte concentration, subir une décarboxylation non enzymatique spontanée pour donner de l'acétone.

Quelles hormones stimulent et inhibent la synthèse des corps cétoniques ?

La synthèse des corps cétoniques est stimulée par de faibles niveaux d'insuline et par des hormones qui activent la lipolyse et augmentent l'apport d'acides gras au foie.

• Glucagon — en période de jeûne, active la lipolyse, accroît l'apport d'acides gras au foie et exerce un effet cétogène ; il stimule également la néoglucogenèse, ce qui est lié au prélèvement d'oxaloacétate et à l'inhibition du cycle de Krebs.
• Adrénaline — lors d'un effort physique, active la mobilisation des graisses, ce qui augmente le flux d'acides gras vers le foie et favorise l'intensification de la cétogenèse.
• Cortisol — fait partie des hormones contre-régulatrices ; son excès, associé au glucagon et à l'adrénaline, est cité comme un facteur de cétoacidose dans le diabète sucré.
• Insuline — inhibe la lipolyse dans le tissu adipeux ; en cas de déficit en insuline, cette inhibition est levée, la libération d'acides gras libres dans le sang augmente et la cétogenèse est renforcée.

Combien de molécules d'ATP sont générées lors de l'oxydation complète d'une molécule de bêta-hydroxybutyrate en $CO_2$ et $H_2O$ ?

Lors de l'oxydation complète d'une molécule de $\beta$-hydroxybutyrate en $CO_2$ et $H_2O$, il se forme 21,5 ou 22,5 molécules d'ATP (ou 26 ATP selon les anciens coefficients).

Le bilan énergétique se compose des étapes suivantes :

• L'oxydation du $\beta$-hydroxybutyrate en acétoacétate fournit 1 NADH, ce qui équivaut à 2,5 ATP.
• Le clivage de l'acétoacétyl-CoA donne 2 molécules d'acétyl-CoA, dont l'oxydation dans le cycle de Krebs rapporte 20 ATP ($2 \times 10$).
• À l'étape d'activation de l'acétoacétate, l'énergie de la liaison riche en énergie du succinyl-CoA est dépensée, ce qui fait qu'1 GTP (équivalent d'1 ATP) n'est pas produit dans le cycle de Krebs. En soustrayant cette perte, le rendement final s'élève à 21,5 ATP.

Quelle est la différence entre la cétose physiologique et la cétoacidose diabétique ?

En termes de sources, on peut opposer l'utilisation adaptative des corps cétoniques et la cétoacidose diabétique de la manière suivante :

Quelles enzymes participent au processus d'utilisation (oxydation) des corps cétoniques dans les tissus périphériques ?

Le processus d'utilisation des corps cétoniques se déroule dans les mitochondries des tissus périphériques (cerveau, muscles squelettiques, myocarde) avec la participation de trois enzymes principales.

• $\beta$-hydroxybutyrate déshydrogénase — oxyde le $\beta$-hydroxybutyrate en acétoacétate avec la réduction du coenzyme $NAD^+$.
• Succinyl-CoA-acétoacétate transférase (également connue sous le nom de thiophorase) — active l'acétoacétate en lui transférant le coenzyme A du succinyl-CoA pour former de l'acétoacétyl-CoA. Cette enzyme est absente dans le foie.
• Thiolase — réalise le clivage thiolytique de l'acétoacétyl-CoA en deux molécules d'acétyl-CoA, qui pénètrent ensuite dans le cycle de Krebs pour produire de l'énergie.