Le catabolisme des Acides Gras (AG), ou β-oxydation, est une voie importante du métabolisme énergétique car la finalité est la formation d’ATP (fioul énergétique cellulaire) au niveau des mitochondries.
Schéma Mitochondrie
Les mitochondries interviennent dans de nombreuses réactions biochimiques comme la respiration cellulaire, la mise en réserve de l'énergie, le stockage de substances, les réactions chimiques et électriques des cellules.
Beaucoup de tissus ou organes peuvent réaliser cette β-oxydation comme le rein, le foie, les muscles striés, le cœur, le tissu adipeux mais certaines cellules en sont incapables comme les hématies, les neurones (d’où leur qualification de glucodépendant)
Les AG sont apportés aux cellules consommatrices par la vascularisation sanguine. Ils sont transportés par les lipoprotéines, surtout les chylomicrons, pour les AG d’origine exogène (alimentaire) et par les VLDL pour ceux d’origine endogène (en provenance du foie).
Une fois dans la cellule, les AG doivent être activés et transférés dans les mitochondries pour y subir la β-oxydation énergétique.
La mitochondrie étant un organite à double membrane de ce fait il y a un double franchissement à faire
Schéma double membraneL’AG subit une réaction d’activation (sauf les AG à chaîne courte (< 10 atomes de carbone) qui passent par simple diffusion dans la matrice de la mitochondrie où ils seront activés)
Cette réaction est une réaction de condensation entre 1 AG et le CoA-SH (coenzyme A) ce qui donne une liaison thioester (fort potentiel énergétique) en même temps qu’est libérée une molécule d’eau.
L’hydrolyse de l’ATP conduit à la formation d’AMP et de pyrophosphate inorganique (PPi) hydrolysé en 2 Pi ce qui rend cette réaction catalysée par AcylCoA irréversible.
Cette transformation a lieu lors de la traversée de la membrane externe de la mitochondrie, l’AcylCoA se retrouve donc dans l’espace intermembranaire.
La difficulté réside dans le fait que les membranes biologiques sont imperméables au CoA-SH (coenzyme A) or les enzymes de la β-oxydation se trouvent exclusivement dans la matrice de la mitochondrie. Elles doivent donc franchir la membrane interne de la mitochondrie
Le franchissement est assuré grâce à un système transporteur spécifique impliquant la L-Carnitine
Schéma navette Carnitine
La L-Carnitine est un dérivé azoté (triméthyl bétaïne) présent dans de nombreux tissus, notamment dans les muscles, et le cœur.
La L-Carnitine est synthétisée dans le foie, le rein et le cerveau à partir de 2 acides aminés essentiels : la méthionine et la lysine. La diminution de la biosynthèse en Carnitine peut survenir lorsque les apports en méthionine et en lysine sont limitants, d’autant que cette biosynthèse requiert d’autres micronutriments essentiels : vitamines B6, C et PP. La biosynthèse est estimée à 20 mg/jour ce qui couvre environ 25% des besoins journaliers. Et, lors de certaines pathologies comme l'hyperlipidémie, le diabète type II, le syndrome métabolique, la supplémentation en L-Carnitine est souvent nécessaire.
La L-Carnitine permet le transfert des acides gras à longue chaîne au travers de la membrane mitochondriale, elle participe ainsi à la production d’énergie.
D’autre part, la L-Carnitine stimule diverses enzymes intervenant dans le cycle de Krebs.
La L-Carnitine est un composé azoté issu de la lysine qui présente une fonction alcool. Ce groupement hydroxyle va donner un point d’attache à l’AcylCoA (par une liaison ester) grâce à l’acylCarnitine transférase I, enzyme localisée au niveau de la membrane interne côté espace inter-membranaire. Elle permet donc la régulation de la β-oxydation. En parallèle, cette réaction de transfert s’accompagne du départ du CoA-SH.
L’acylCarnitine passe ensuite dans la matrice de la mitochondrie grâce à une protéine de transport spécifique membranaire, l’acylCarnitine translocase.
Grâce à l’acylCarnitine transférase II, située sur la face matricielle de la membrane interne, l’acyl est ré-associé à un CoA-SH (déjà présent dans la matrice) donnant un nouvel acyl CoA qui pourra alors participer à la β-oxydation.
La L-Carnitine ainsi libérée repasse dans l’espace inter-membranaire par la translocase et peut ainsi de nouveau participer à un nouveau transport d’acyl.
Ce procédé biochimique très complexe permet de mesurer toute la fragilité du système pour arriver à la β-oxydation d’un AG, c’est à dire à produire de l’énergie à partir d’un Acide Gras. On réalise la facilité d’une perturbation d’un des mécanismes de transfert trans-membranaire.
Fragilité à prendre d’autant plus en considération que la L-Carnitine est connue pour protéger et stabiliser les récepteurs muscariniques c’est à dire les médiateurs du système nerveux parasympathique et, de façon plus générale, la L-Carnitine améliore le rôle essentiel de production d’énergie par le myocarde.
La L-Carnitine est impliqué dans des métabolismes fort importants concernant des organes vitaux de haute valeur énergétique comme :
- le cerveau,
- le cœur,
- les muscles,
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