Définition voie métabolique:
En biochimie, une voie métabolique est une succession de réactions chimiques au cours desquelles un substrat initial est transformé et donne naissance à des produits finis, via une série de métabolites intermédiaires. Elle est l'ensemble des réactions chimiques impliquées dans un ou plusieurs processus d'anabolisme ou de catabolisme au sein d'une cellule.
Par exemple, dans la voie métabolique qui comprend la séquence des réactions: A -> B -> C -> D -> E, où A est le substrat initial, E le produit final et B, C, D sont les métabolites intermédiaires de la voie métabolique.
Le cycle de Calvin est une voie métabolique:
Diverses voies métaboliques existent; le cycle de Calvin-Benson en est un chez les végétaux et les phototrophes.
Les différentes réactions de toutes les voies métaboliques sont catalysées par les enzymes et se produisent à l'intérieur des cellules. Beaucoup de ces voies sont très complexes et impliquent une modification progressive de la substance initiale pour donner au produit la forme avec la structure chimique souhaitée. Nous pouvons dire que dans les plus grands champs, le cytoplasme influence également beaucoup.
Toutes les voies métaboliques sont interconnectées et beaucoup n'ont pas de sens isolément; Cependant, étant donné la grande complexité du métabolisme, sa subdivision en séries relativement courtes de réactions facilite grandement sa compréhension. De nombreuses voies métaboliques se croisent et certains métabolites constituent des carrefours métaboliques importants, tels que l'acétyl-CoA (coenzyme).
Dans chaque voie de réaction, un élément de base est ajusté via une série de réactions chimiques successives ("étapes"). En plus des enzymes utilisées comme catalyseurs, des vitamines, des électrolytes ou d 'autres coenzymes sont nécessaires. Les voies de réaction métaboliques garantissent le maintien de l'homéostasie dans l'organisme.
Types de voies métaboliques:
Une voie métabolique est un ensemble de réactions chimiques consécutives catalysées par des enzymes programmées par la cellule. Normalement, trois types de voies métaboliques se distinguent selon un critère bioénergétique:
- Voies cataboliques: ce sont des voies par lesquelles les nutriments organiques sont dégradés par oxydation dans de simples produits finaux dans le but d'obtenir de l'énergie chimique et de réduire le pouvoir de transformation en d'autres formes d'énergie utiles pour la cellule. L'énergie chimique devient normalement un équivalent biologique pendant la synthèse de l'ATP et le pouvoir réducteur dans la synthèse du NADPH. Par exemple, la glycolyse et la bêta-oxydation. Ensemble, ces voies constituent le catabolisme.
- Voies anaboliques: ce sont des voies qui convertissent des molécules précurseurs de faible poids moléculaire, telles que le dioxyde de carbone, l'acétate ou le pyruvate, en molécules progressivement plus grandes et plus complexes telles que protéines, polysaccharides, lipides membranaires et acides nucléiques. De telles routes nécessitent invariablement une consommation d'énergie (ATP) et un pouvoir réducteur (NADPH). Ils sont collectivement appelés anabolisme. Par exemple, le cycle de Calvin et la biosynthèse des acides gras.
- Voies amphiboliques: ce sont des voies mixtes, à la fois cataboliques et anabolisantes. Par exemple, le cycle de Krebs joue un rôle crucial dans le catabolisme des glucides, des acides gras et des acides aminés, mais il fournit également des précurseurs à de nombreuses voies de biosynthèse grâce à des réactions ayant le même objectif chez les ancêtres anaérobies. Dix des vingt acides aminés protéiques proviennent du 2-oxoglutarate et de l'oxaloacétate. D'autres acides aminés protéiniques sont formés à partir d'aspartate et de glutamate, ainsi que de nucléotides de pyrimidine, de divers alcaloïdes et de tétrapyrroles qui constituent les chlorophylles.
Il existe une alternative appelée métabolisme antibiotique ou xénobiotique. Les xénobiotiques ont été définis comme des substances chimiques auxquelles un organisme est exposé et qui sont extrinsèques au métabolisme normal de cet organisme. Plusieurs auteurs déclarent que ce type de voie ne devrait pas être dénommé comme faisant partie du métabolisme, mais comme biotransformation. Un exemple est la conjugaison glucuronique de divers médicaments et toxines.
Composition et réversibilité:
Dans une seule cellule, de nombreuses voies de réaction se produisent dans le système endomembranaire. Le long de chaque voie de réaction, la production d'une substance spécifique, d'une voie dite de réaction anabolique ou de la dégradation d'une biomolécule, appelée voie de réaction catabolique, se déroule en plusieurs étapes. Toutes les voies de réaction forment ensemble le réseau dit métabolique d'une cellule. Une molécule qui interagit avec une enzyme - le réactif - est appelée un substrat. Les voies métaboliques consistent en une succession de réactions chimiques étroitement liées: un substrat (réactif) résulte souvent d'une réaction antérieure.
Toutes les réactions métaboliques sont des processus chimiques réversibles (processus réversibles). Cependant, en raison des conditions régnant dans la cellule, thermodynamiquement, il est très avantageux que le flux métabolique se déroule dans une direction.
Exemples:
Le premier chemin de réaction métabolique découvert est la glycolyse, un processus «catabolique» dans lequel le glucose est initialement converti en glucose 6-phosphate par phosphorylation à l'aide d'adénosine triphosphate. Cette phase du processus métabolique est irréversible pour empêcher le glucose de quitter la cellule. D'autre part, s'il y a un excès de protéines ou de lipides, la glycolyse peut avoir lieu en sens inverse, ce que l'on appelle la gluconéogenèse. Le glucose 6-phosphate est stocké ici sous forme de glycogène ou d'amidon.
La régulation des voies de réaction métabolique se fait généralement par inhibition ou via des cycles tels que le cycle de l'acide citrique. Chez les eucaryotes, les voies de réaction anaboliques et cataboliques se séparent grâce aux organites (compartiments cellulaires séparés les uns des autres) ou par l'utilisation de différents enzymes et cofacteurs.
Chaîne génétique:
La formation de chaque enzyme par biosynthèse de protéines est la responsabilité d'un gène particulier. La séquence des étapes de réaction par les enzymes spécifiques au substrat correspond à la chaîne génique active sous-jacente. Si un gène présente un défaut génétique et que l'enzyme ne peut pas être synthétisée, l'étape métabolique en question est éliminée. De plus, les réactions biochimiques ultérieures ne peuvent pas avoir lieu car le substrat requis ne leur est pas fourni.
Certaines maladies héréditaires du métabolisme sont basées sur des anomalies génétiques dans lesquelles les réactions biochimiques provoquées par les enzymes suite à un défaut génétique ne sont pas possibles. Les exemples bien connus sont la phénylcétonurie et l'hémophilie. Si un gène peut affecter son activité par priorité sur un autre gène, cela s'appelle l'épistasie.