Biochimie structurale et métabolique

1 génération

Fiche de revision

📘 Biochimie structurale et métabolique

🔎 Points-clés rapides

Anabolisme vs Catabolisme : anabolisme = synthèse de macromolécules; catabolisme = dégradation générant de l’ATP.
Acétyl-CoA est le nœud central du métabolisme des lipides et des glucides.
β-oxydation = dégradation oxydative des acides gras en Acétyl‑CoA; voie mitochondriale (cycle de Lynen).
Cétogenèse = production de corps cétoniques en jeûne; cerveau peut les utiliser comme carburant après quelques jours.
Glycolyse et glycolyse aérobie/anaérobie : glucose → pyruvate ; NADH et ATP produits; ensuite pyruvate → Acétyl‑CoA via PDH ou réduction en lactate/éthanol selon l’oxygène.
Voie des pentoses phosphates : fournit NADPH et ribose-5-phosphate pour biosynthèses (lipides, nucléotides).
Protéines et AA : 20 AA protéinogènes; 9 essentiels chez l’adulte; transamination et cycle de l’urée impliqués dans l’azote.
Cholestérol : LDL = transporteur du cholestérol; HDL = retour au foie; biosynthèse enzymatique en 5 étapes à partir d’Acétyl‑CoA.

💊 Généralités sur les lipides

Lipides = molécules peu solubles dans l’eau; transport par lipoprotéines.
Rôles principaux : énergie (9 kcal/g pour les acides gras), structure membranaire, réserve.
Généralités structurelles : acides gras saturés/insaturés; chaînes C varient typiquement de 12 à 18+ carbones; doubles liaisons éventuelles (Δ ou ω).
Acide gras saturés principaux: Palmitique (C16:0), Stéarique (C18:0).
Acides gras insaturés: Oléique (C18:1, ω-9); Linoléique (C18:2, ω-6); α-linolénique (C18:3, ω-3); exemples ω-notation: ω-7, ω-9, ω-6, ω-3 selon le carbone terminal.
Familles et nomenclature (extraits):
Carbone Nom usuel Abrév. biochimie Nomenclature IUPAC Nomenclature physiologique
16 Palmitique C16:0 C16:0 ω-7 (pour certains mono-insaturés C16:1)
18 stéarique C18:0 C18:0 ω-9 (pour les insaturés typés)
Digestion et absorption des lipides et métabolisme des AGs évoqués mais non détaillés ici.

Carbone	Nom usuel	Abrév. biochimie	Nomenclature IUPAC	Nomenclature physiologique
16	Palmitique	C16:0	C16:0	ω-7 (pour certains mono-insaturés C16:1)
18	stéarique	C18:0	C18:0	ω-9 (pour les insaturés typés)

🔄 β-oxydation des acides gras

Voie oxydative intra-mitochondriale des acides gras en Acétyl‑CoA; commence au carbone β (3e carbone à partir de COOH).
Chemin: Acyl‑CoA saturé → cycle de 4 réactions → Acétyl‑CoA et réducteurs (NADH, FADH2).
En pratique: acyl-CoA traverse la membrane mitochondriale sous forme d’acyl‑carnitine via carnitine transport system (cycle de la Carnitine).
Localisation: mitochondries; aussi peroxysomes pour AGs > 18 C.

Étapes préliminaires

I. Activation des AGs:
- R‑CH2‑COOH + 2 ATP + HSCoA → R‑CH2‑CO–SCoA + 2 AMP + 2 PPi; enzyme: Acyl‑CoA synthétase.
II. Transfert intra-mitochondrial: acyl‑CoA → acyl‑carnitine → translocase → reformé en acyl‑CoA.
Passage >12C nécessite carnitine; ≤12C passe directement.

Réaction 1 (saturé) – cycle de Lynen

Déshydrogénation; Hydratation; Déshydrogénation de l’hydroxyacyl‑CoA; Clivage du cétoacyl‑CoA.
Répétition du cycle jusqu’à obtenir des Acétyl‑CoA.

Bilan (par acide gras n carbones)

Pour acide gras pair (n):
- Tours: (n/2) − 1
- NADH,H+: (n/2) − 1
- FADH2: (n/2) − 1
- Acétyl‑CoA: n/2
Bilan énergétique global (palmitate C16:0):
- Activation: −2 ATP
- FADH2: 7 × 2 ATP = 14 ATP
- NADH,H+: 7 × 3 ATP = 21 ATP
- Acétyl‑CoA dans Krebs: 8 × 12 = 96 ATP
- Total: 129 ATP (pour 1 palmitate); ajustements: −2 ATP net.
Pour AGs impairs: inclut 1 Propionyl‑CoA et réarrangements; ATP bilan modifié selon les produits.

Bilan global de l’oxydation du glucose et du NADH/NADH+H+

Chaque Acétyl‑CoA oxydé dans le cycle de Krebs donne: 1 ATP (GTP équiv.) + 3 NADH + 1 FADH2.
Réoxydation sur chaîne respiratoire: NADH → 3 ATP; FADH2 → 2 ATP.

Cas spécial – AGs très longues chaînes (≥ 19) et insaturations

AGs à longue chaîne: raccourcissement par peroxydases dans les peroxysomes; ensuite mitochondries.
AGs insaturés: isomérases et réarrangements spécifiques selon la position des doubles liaisons (Δ ou ω).

🧬 Métabolisme de l’acétyl‑CoA et cycle de Krebs

Après β-oxydation, l’Acétyl‑CoA entre dans le cycle de Krebs (mitochondrien).
Objectif: produire des coenzymes réduites utilisées par la chaîne respiratoire.
Dans les périodes de jeûne: utilisation accrue du NADH/H+ et activation du cycle de Krebs; grande proportion d’Acétyl‑CoA → cétogenèse en foie.

Cycle de Krebs (résumé)

Réaction clé: Acétyl‑CoA + oxaloacétate → citrate → (8 réactions) → CO2 et réoxydation des coenzymes.
Consommations et productions: 2 C d’Acétyl‑CoA → CO2; regeneration de l’oxaloacétate.

Cétogenèse

En jeûne prolongé: cerveau tire une part importante de son énergie des corps cétoniques (acétoacétate, β-hydroxybutyrate).
Après 3 jours: ~1/3 de l’énergie cérébrale via corps cétoniques; après 40 jours: ~70%.
Le seul produit majeur: acétone éliminée par les poumons; acétoacétate et β-hydroxybutyrate servent de carburants.
Attention: excès peut causer acidose métabolique et coma.
Halles: odeur d’acétone dans l’haleine des diabétiques type II due à les corps cétoniques.

🧪 Synthèse des acides gras

Trois processus enzymatiques: Activation, Élongation, Désaturation (désaturases).
Voies: intra-mitochondriale (Lynen) et cytosolique (Wakil); synthèse palmitate (C16:0) et extension à C24/C26 via elongases; désaturation via microsomes (RE).
Transport et cofacteurs: cycles de carnitine pour l’entrée mitochondriale; remplacement de ACP par CoA comme porte-molecule au cours du transport.
L’équilibre entre oxydation et synthèse est régulé et réversible selon l’énergie cellulaire.

Synthèse du palmitate (résumé)

Voie cytosolique (voie Wakil): acétyl‑CoA → palmitate par complexe d’acide gras synthétase; nécessite l’Acétyl‑CoA et des cofactors Δ.
Voie mitochondriale (Lynen): extention mitochondriale (C16 → C24); désaturation microsomale (RE).

🧭 Métabolisme du cholestérol

Cholestérol corporel = libre (1/3) et estérifié (2/3); synthétisé à partir d’Acétyl‑CoA et excrété dans la bile sous forme de cholestérol ou sels biliaires.
Précurseur de stéroïdes: corticoïdes, hormones sexuelles, acides biliaires, vitamine D.
LDL: transporte le cholestérol du foie vers les cellules; HDL: ramène le cholestérol oxydé vers le foie ("bon" cholestérol).
Taux sanguins idéaux (valeurs indicatives):
- Cholestérol total < 2 g/L
- HDL-c > 0.4 g/L (H) / > 0.5 g/L (F)
- LDL-c < 1.0–1.3 g/L (à adapter au risque)
- Triglycérides < 1.5 g/L
Biosynthèse du cholesterol (5 étapes)
1. Acétyl‑CoA → mévalonate
2. Mévalonate → isopentyl pyrophosphate
3. Isomérisation et condensation en IPP
4. Farnesyl pyrophosphate → squalène
5. Cyclisation et formation du cholestérol

🧬 Protéines et métabolisme des AA

Protéines: macromolécules constituées de C, H, N et O; présence possible de S, P, Fe, Zn, Cu. 20 AA protéinogènes; liaison peptidique; structures primaire, secondaire (hélice α, feuillet β), tertiaire et quaternaire.
Qualité nutritionnelle: AA essentiels (9 chez l’adulte): Lys, Trp, Val, Leu, Isole, Phe, Thr, Met, His.
AA conditionnellement essentiels: Gln, Arg.
AA non essentiels synthétisés par l’organisme; voies de biosynthèse liées au cycle de Krebs (pyruvate, oxaloacétate, α‑cétoglutarate).
Transamination et Désamination oxydative: échanges d’azote via aminotransférases; cycle de l’urée.
Proline est un iminoacide; sérine → glycine et cystéine; arginine synthétisé à partir d’ornithine via la voie de biosynthèse des AA.
Liaisons et arguments: les peptides sont nommés selon l’ordre de leurs AA; extrémité N-terminal et C-terminal.

🔬 Néoglucogenèse et glycolyse (glucides)

Métabolisme des glucides: glycolyse (Embden–Meyerhof), voie des pentoses phosphates, voie du 2,3-DPG, glycogénogenèse, néoglucogenèse, glycogénolyse.
Glycolyse (cytosol): Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O. Transport du glucose dans la cellule par les transporteurs GLUT (GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5).
Glycolyse aérobie: 2 ATP et 2 NADH + 2 pyruvates; pyruvate → Acétyl‑CoA via pyruvate déshydrogénase (PDH) et entrée dans le cycle de Krebs; respiration complète → CO2 et H2O.
Glycolyse anaérobie: sans O2, pyruvate peut être réduit en lactate (fermentation lactique) ou en éthanol (fermentation alcoolique chez les levures); production d’ATP sans mitochondries.
Devenir du pyruvate:
- Aérobie: Pyruvate → Acétyl‑CoA (PDH) → Cycle de Krebs → chaîne respiratoire.
- Anaérobie: Pyruvate → Lactate ou Ethanol selon l’organisme.
Bilan énergétique aérobie global: ~38 ATP par molécule de glucose (théorique: 2 ATP glycolyse + 2 ATP de glycolyse + 2 NADH + 6 NADH + 2FADH2 + 2 ATP par NADH/FADH2 dans chaîne respiratoire; valeurs en pratique variables).
Voie des pentoses phosphates: segment oxydatif produit NADPH et CO2; segment non oxydatif produit ribose-5-phosphate et interconversions des pentoses.
Néoglucogenèse: 2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O → glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+.

🧪 Travaux dirigés et applications (résumé mémoire)

β-oxydation et cycles associées, bilans énergétiques (palmitate 129 ATP), importance du cycle de Krebs.
Rôles des acides gras essentiels (ω-3 et ω-6): ALA (C18:3 ω-3), LA (C18:2 ω-6).
Hypothèses sur le cholestérol sanguin: LDL vs HDL; « mauvais » et « bon » cholestérol; réduction par alimentation et exercice.

🔎 Règles de mémorisation et ancrage

Ancrage visuel: associer les termes clés à des diagrammes (β-oxydation, cycle de Krebs, cétogenèse, glycolyse).
Ancrage numérique: palmitate = 129 ATP (détailler les contributions).
Ancrage terminologique: distinguer les niveaux d’organisation des protéines (primaire → quaternaire) et les voies métaboliques (glycolyse, pentoses, néoglucogenèse).

# 📘 Biochimie structurale et métabolique

## 🔎 Points-clés rapides
- **Anabolisme vs Catabolisme** : anabolisme = synthèse de macromolécules; catabolisme = dégradation générant de l’ATP. 
- **Acétyl-CoA** est le nœud central du métabolisme des lipides et des glucides. 
- **β-oxydation** = dégradation oxydative des acides gras en Acétyl‑CoA; voie mitochondriale (cycle de Lynen). 
- **Cétogenèse** = production de corps cétoniques en jeûne; cerveau peut les utiliser comme carburant après quelques jours.
- **Glycolyse et glycolyse aérobie/anaérobie** : glucose → pyruvate ; NADH et ATP produits; ensuite pyruvate → Acétyl‑CoA via PDH ou réduction en lactate/éthanol selon l’oxygène.
- **Voie des pentoses phosphates** : fournit NADPH et ribose-5-phosphate pour biosynthèses (lipides, nucléotides).
- **Protéines et AA** : 20 AA protéinogènes; 9 essentiels chez l’adulte; transamination et cycle de l’urée impliqués dans l’azote.
- **Cholestérol** : LDL = transporteur du cholestérol; HDL = retour au foie; biosynthèse enzymatique en 5 étapes à partir d’Acétyl‑CoA.

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## 💊 Généralités sur les lipides
- **Lipides** = molécules peu solubles dans l’eau; transport par lipoprotéines. 
- Rôles principaux : énergie (9 kcal/g pour les acides gras), structure membranaire, réserve. 
- **Généralités structurelles** : acides gras saturés/insaturés; chaînes C varient typiquement de 12 à 18+ carbones; doubles liaisons éventuelles (Δ ou ω). 
- **Acide gras saturés principaux**: Palmitique (C16:0), Stéarique (C18:0). 
- **Acides gras insaturés**: Oléique (C18:1, ω-9); Linoléique (C18:2, ω-6); α-linolénique (C18:3, ω-3); exemples ω-notation: ω-7, ω-9, ω-6, ω-3 selon le carbone terminal. 
- **Familles et nomenclature** (extraits):
  |Carbone|Nom usuel|Abrév. biochimie|Nomenclature IUPAC|Nomenclature physiologique|
  |---|---|---|---|---|
  |16|Palmitique|C16:0|C16:0|ω-7 (pour certains mono-insaturés C16:1) |
  |18|stéarique|C18:0|C18:0|ω-9 (pour les insaturés typés) |
- **Digestion et absorption** des lipides et métabolisme des AGs évoqués mais non détaillés ici.

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## 🔄 β-oxydation des acides gras
- Voie oxydative intra-mitochondriale des acides gras en Acétyl‑CoA; commence au carbone β (3e carbone à partir de COOH).
- Chemin: Acyl‑CoA saturé → cycle de 4 réactions → Acétyl‑CoA et réducteurs (NADH, FADH2).
- En pratique: acyl-CoA traverse la membrane mitochondriale sous forme d’acyl‑carnitine via carnitine transport system (cycle de la Carnitine).
- Localisation: mitochondries; aussi peroxysomes pour AGs > 18 C.

### Étapes préliminaires
- I. Activation des AGs: 
  - R‑CH2‑COOH + 2 ATP + HSCoA → R‑CH2‑CO–SCoA + 2 AMP + 2 PPi; enzyme: **Acyl‑CoA synthétase**. 
- II. Transfert intra-mitochondrial: acyl‑CoA → acyl‑carnitine → translocase → reformé en acyl‑CoA. 
- Passage >12C nécessite carnitine; ≤12C passe directement. 

### Réaction 1 (saturé) – cycle de Lynen
- Déshydrogénation; Hydratation; Déshydrogénation de l’hydroxyacyl‑CoA; Clivage du cétoacyl‑CoA. 
- Répétition du cycle jusqu’à obtenir des Acétyl‑CoA.

### Bilan (par acide gras n carbones)
- Pour acide gras pair (n):
  - Tours: (n/2) − 1
  - NADH,H+: (n/2) − 1
  - FADH2: (n/2) − 1
  - Acétyl‑CoA: n/2
- Bilan énergétique global (palmitate C16:0):
  - Activation: −2 ATP
  - FADH2: 7 × 2 ATP = 14 ATP
  - NADH,H+: 7 × 3 ATP = 21 ATP
  - Acétyl‑CoA dans Krebs: 8 × 12 = 96 ATP
  - Total: 129 ATP (pour 1 palmitate); ajustements: −2 ATP net.
- Pour AGs impairs: inclut 1 Propionyl‑CoA et réarrangements; ATP bilan modifié selon les produits.

### Bilan global de l’oxydation du glucose et du NADH/NADH+H+
- Chaque Acétyl‑CoA oxydé dans le cycle de Krebs donne: 1 ATP (GTP équiv.) + 3 NADH + 1 FADH2.
- Réoxydation sur chaîne respiratoire: NADH → 3 ATP; FADH2 → 2 ATP.

### Cas spécial – AGs très longues chaînes (≥ 19) et insaturations
- AGs à longue chaîne: raccourcissement par peroxydases dans les peroxysomes; ensuite mitochondries.
- AGs insaturés: isomérases et réarrangements spécifiques selon la position des doubles liaisons (Δ ou ω). 

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## 🧬 Métabolisme de l’acétyl‑CoA et cycle de Krebs
- Après β-oxydation, l’Acétyl‑CoA entre dans le cycle de Krebs (mitochondrien).
- Objectif: produire des coenzymes réduites utilisées par la chaîne respiratoire.
- Dans les périodes de jeûne: utilisation accrue du NADH/H+ et activation du cycle de Krebs; grande proportion d’Acétyl‑CoA → cétogenèse en foie.

### Cycle de Krebs (résumé)
- Réaction clé: Acétyl‑CoA + oxaloacétate → citrate → (8 réactions) → CO2 et réoxydation des coenzymes.
- Consommations et productions: 2 C d’Acétyl‑CoA → CO2; regeneration de l’oxaloacétate.

### Cétogenèse
- En jeûne prolongé: cerveau tire une part importante de son énergie des corps cétoniques (acétoacétate, β-hydroxybutyrate).
- Après 3 jours: ~1/3 de l’énergie cérébrale via corps cétoniques; après 40 jours: ~70%.
- Le seul produit majeur: acétone éliminée par les poumons; acétoacétate et β-hydroxybutyrate servent de carburants.
- Attention: excès peut causer acidose métabolique et coma.
- Halles: odeur d’acétone dans l’haleine des diabétiques type II due à les corps cétoniques.

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## 🧪 Synthèse des acides gras
- Trois processus enzymatiques: Activation, Élongation, Désaturation (désaturases).
- Voies: intra-mitochondriale (Lynen) et cytosolique (Wakil); synthèse palmitate (C16:0) et extension à C24/C26 via elongases; désaturation via microsomes (RE).
- Transport et cofacteurs: cycles de carnitine pour l’entrée mitochondriale; remplacement de ACP par CoA comme porte-molecule au cours du transport.
- L’équilibre entre oxydation et synthèse est régulé et réversible selon l’énergie cellulaire.

### Synthèse du palmitate (résumé)
- Voie cytosolique (voie Wakil): acétyl‑CoA → palmitate par complexe d’acide gras synthétase; nécessite l’Acétyl‑CoA et des cofactors Δ. 
- Voie mitochondriale (Lynen): extention mitochondriale (C16 → C24); désaturation microsomale (RE).

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## 🧭 Métabolisme du cholestérol
- Cholestérol corporel = libre (1/3) et estérifié (2/3); synthétisé à partir d’Acétyl‑CoA et excrété dans la bile sous forme de cholestérol ou sels biliaires.
- Précurseur de stéroïdes: corticoïdes, hormones sexuelles, acides biliaires, vitamine D.
- LDL: transporte le cholestérol du foie vers les cellules; HDL: ramène le cholestérol oxydé vers le foie ("bon" cholestérol).
- Taux sanguins idéaux (valeurs indicatives):
  - Cholestérol total < 2 g/L
  - HDL-c > 0.4 g/L (H) / > 0.5 g/L (F)
  - LDL-c < 1.0–1.3 g/L (à adapter au risque)
  - Triglycérides < 1.5 g/L
- Biosynthèse du cholesterol (5 étapes)
  1) Acétyl‑CoA → mévalonate
  2) Mévalonate → isopentyl pyrophosphate
  3) Isomérisation et condensation en IPP
  4) Farnesyl pyrophosphate → squalène
  5) Cyclisation et formation du cholestérol

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## 🧬 Protéines et métabolisme des AA
- Protéines: macromolécules constituées de C, H, N et O; présence possible de S, P, Fe, Zn, Cu. 20 AA protéinogènes; liaison peptidique; structures primaire, secondaire (hélice α, feuillet β), tertiaire et quaternaire.
- Qualité nutritionnelle: **AA essentiels** (9 chez l’adulte): Lys, Trp, Val, Leu, Isole, Phe, Thr, Met, His.
- AA conditionnellement essentiels: Gln, Arg.
- AA non essentiels synthétisés par l’organisme; voies de biosynthèse liées au cycle de Krebs (pyruvate, oxaloacétate, α‑cétoglutarate).
- Transamination et Désamination oxydative: échanges d’azote via aminotransférases; cycle de l’urée.
- Proline est un iminoacide; sérine → glycine et cystéine; arginine synthétisé à partir d’ornithine via la voie de biosynthèse des AA.
- Liaisons et arguments: les peptides sont nommés selon l’ordre de leurs AA; extrémité N-terminal et C-terminal.

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## 🔬 Néoglucogenèse et glycolyse (glucides)
- Métabolisme des glucides: glycolyse (Embden–Meyerhof), voie des pentoses phosphates, voie du 2,3-DPG, glycogénogenèse, néoglucogenèse, glycogénolyse.
- Glycolyse (cytosol): Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O. Transport du glucose dans la cellule par les transporteurs GLUT (GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4, GLUT5).
- Glycolyse aérobie: 2 ATP et 2 NADH + 2 pyruvates; pyruvate → Acétyl‑CoA via pyruvate déshydrogénase (PDH) et entrée dans le cycle de Krebs; respiration complète → CO2 et H2O.
- Glycolyse anaérobie: sans O2, pyruvate peut être réduit en lactate (fermentation lactique) ou en éthanol (fermentation alcoolique chez les levures); production d’ATP sans mitochondries.
- Devenir du pyruvate:
  - Aérobie: Pyruvate → Acétyl‑CoA (PDH) → Cycle de Krebs → chaîne respiratoire.
  - Anaérobie: Pyruvate → Lactate ou Ethanol selon l’organisme.
- Bilan énergétique aérobie global: ~38 ATP par molécule de glucose (théorique: 2 ATP glycolyse + 2 ATP de glycolyse + 2 NADH + 6 NADH + 2FADH2 + 2 ATP par NADH/FADH2 dans chaîne respiratoire; valeurs en pratique variables).
- Voie des pentoses phosphates: segment oxydatif produit NADPH et CO2; segment non oxydatif produit ribose-5-phosphate et interconversions des pentoses.
- Néoglucogenèse: 2 pyruvate + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 4 H2O → glucose + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 H+.

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## 🧪 Travaux dirigés et applications (résumé mémoire)
- β-oxydation et cycles associées, bilans énergétiques (palmitate 129 ATP), importance du cycle de Krebs.
- Rôles des acides gras essentiels (ω-3 et ω-6): ALA (C18:3 ω-3), LA (C18:2 ω-6).
- Hypothèses sur le cholestérol sanguin: LDL vs HDL; « mauvais » et « bon » cholestérol; réduction par alimentation et exercice.

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## 🔎 Règles de mémorisation et ancrage
- Ancrage visuel: associer les termes clés à des diagrammes (β-oxydation, cycle de Krebs, cétogenèse, glycolyse).
- Ancrage numérique: palmitate = 129 ATP (détailler les contributions). 
- Ancrage terminologique: distinguer les niveaux d’organisation des protéines (primaire → quaternaire) et les voies métaboliques (glycolyse, pentoses, néoglucogenèse).