METABOLISME DE L'AZOTE

On a ici les voies amenant les acides aminés qui proviennent des protéines endogènes et des protéines alimentaires. Ceci donne les acides aminés circulants qui sont utilisés pour être dégradés et forment de l'énergie. Mais ils servent aussi à la constitution de protéines, de neurotransmetteurs, d'hormones, etc…

I. Apports azotés

Les apports azotés en acides aminés sont constitués par des protéines :

Exogènes (75 g/jour) Endogènes (225 g/jour), provenant du renouvellement de 600 g de muscles et 200 g d'os.

A. Protéines alimentaires

1. Apport alimentaire

L'apport alimentaire représente 10 à 15% de la ration calorique car leur valeur énergétique est faible (4kcal/g).

L'organisme ne dispose d'aucune réserve protéique contrairement au glucose et aux acides gras : Le bilan azoté est nul.

En cas de force majeure, les protéines musculaires sont utilisées.

La valeur nutritive d'une protéine dépend de sa composition en acides aminés. La protéine idéale est l'ovalbumine (blanc d'œuf) qui apporte les acides aminés indispensables dans les proportions idéales pour l'homme.

Il est donc recommandé de varier les apports en protéines.

Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 1

2. Acides aminés essentiels (9 acides aminés)

Ce sont des acides aminés ne sont pas synthétisables par l'organisme : Histidine (His), Isoleucine (Ileu), Phénylalanine (Phe), Valine (Val), Méthionine (Met), Leucine (Leu) Tryprotphane (Try), Lysine (Lys) Thréonine (Thr).

Phrase mnémotechnique :"L'hystérique Iseult fait vachement marcher le très lyrique Tristan".

3. Origine

Les protéines animales ont pour origine : les viandes, les poissons, les œufs, les laitages. L'origine végétale est constituée par le pain (gluten), les céréales, les légumineuses.

Les végétaliens (à la différence des végétariens, ils ne mangent pas d'œufs ni de produits laitiers) peuvent manquer d'acides aminés essentiels lors de la croissance.

4. Acides aminés non indispensables

Ils sont synthétisés à partir :

D'autres acides aminés. Exemple : La sérine (Ser) donne la Glycine (Gly) et la Cystéine (Cys) D'intermédiaires de la glycolyse et du cycle de Krebs (et donc du glucose)

B. Protéines endogènes

1. Localisation des synthèses

Le renouvellement des protéines est plus intense dans le foie, les muscles, l'intestin et la peau.

Le foie est le site le plus important de synthèse des protéines. Il synthétise :

L'albumine Les parties protéiques des lipoprotéines (ApoB100 des LDL…) Les protéines de transport d'hormones et de vitamines : CBG: Cortisol Blinding Protein TBG: Thyroxine Blinding Protein

Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 2

2. Régulation de la synthèse endogène

La régulation de la synthèse des protéines endogène est hormonale :

En période alimentaire : La synthèse domine sous l'effet des acides aminés exogènes et de l'insuline, hormone favorisant la mise en réserve.

En période de jeûne : Le catabolisme domine, sous l'effet des hormones du stress : le cortisol et l'adrénaline.

En cas d'apport protéique insuffisant, on parle de marasme ou Kwashiorkor.

C. Transport plasmatique

Les acides aminés les plus abondants dans le sang sont l'alanine (Ala) et la glutamine (Gln), produits essentiellement par les muscles (45% du total).

Le foie capte 75% des acides aminés pour le renouvellement de ses protéines.

Les muscles captent surtout les acides aminés ramifiés : La Valine (Val), Isoleucine (Ileu), la leucine (leu).

Les reins captent la glutamine (Gln) pour la synthèse des urées qui est la forme d'élimination de l'azote.

II. Métabolisme des acides aminés

A. Libération du squelette carboné par désamination

La désamination, permet de récupérer le squelette carboné et une molécule d'azote (NH3).

Elle est oxydative car elle donne un acide α cétonique.

Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 3

La désamination n'est pas directe mais se fait en deux étapes successives :

La première étape est le transfert du groupe –NH2 sur un accepteur : α-céto glutarate qui devient Glu par transamination

La seconde étape est la désamination, oxydative, de Glu qui redonne l' α-céto glutarate et un azote. Cela permet de récupérer un NADH et donc de créer 3 ATP.

Les transaminases les plus abondantes sont l'Alat (Alanine Amino Transférase) et l'Asat (Aspartate Amino Transférase).

L'alanine, donne, grâce à l'ALAT et l'αCG du pyruvate et du glucose. Cette réaction est réversible.

Pour l'aspartate, on aura la même voie, sauf qu'on aura de l'oxalo acétate.

Ces transaminases sont abondantes, surtout dans le foie. Leur relargage dans le sérum signe une cytolyse hépatique (hépatite, cirrhose).

B. Destinée du squelette carboné

On distingue trois groupes d'acides aminés selon la destinée du squelette carboné :

GROUPE 1 GROUPE 2 GROUPE 3

Particularités Acides aminés à 3 carbones. C'est le groupe le plus abondant.Acides aminés

Ala, Thr, Gly, Ser, Cys Glu, Gln, Arg, His, Pro, Ile, Met, Val, Phe, Tyr, Asp, Asn

Leu, Lys, Trp, Phe, Tyr

Destinée du squelette carboné

Pyruvate Il donne des intermédiaires du cycle de Krebs. La fin du cycle de Krebs donnera l'oxalo-acétate qui permet de produire du glucose ou de l'énergie.

Il donne l'acétoacétyl-CoA qui est au début de la cétogenèse qui donne les corps cétoniques.

Action(s) Glycogènes : Ils redonnent du glucose par la gluconéogenèse.

Fournit de l’énergie par une dégradation

Glycogènes : Ils redonnent du glucose par la gluconéogenèse.

Fournit de l’énergie par une dégradation

Cétogènes : L'acétoacyl-CoA conduit aux corps cétoniques donc les acides du groupe 3 sont dits cétogènes.

Le choix entre les groupes 1 et 2 pour la synthèse de glucose dépend de l'état énergétique et hormonal de la cellule.Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 4

C. Synthèse d'amine par décarboxylation

La décarboxylation ne concerne que certains acides aminés et certaines cellules (elle n’est pas systématique) : les cellules nerveuses, les cellules immunitaires, … La décarboxylation donne des amines à activités biologiques :

1. Réaction générale

L'acide aminé perd son CO2 par décarboxylation pour donner une amine. Une fois son rôle biologique achevé, il faudra l'inactiver et l'éliminer.

L'inactivation se fait par une désamination oxydative (½ O2) donnant un aldéhyde.

L'oxydation ne s'arrête pas au stade de l'aldéhyde mais continue pour oxyder l'aldéhyde en acide. On ajoute encore ½ O2 pour avoir un R-COOH. C'est sous forme d'acide que l'amine sera éliminée par les reins.

2. Acides aminés spécifiques

L'histidine donne l'histamine, médiateur du choc allergique.

Le 5-hydroxy-tryptophane donne la sérotonine, neuromédiateur du bien-être.

Le DOPA (Di-hydroxy Phényl Alanine) donne la dopamine, neuromédiateur du bien être et de la mémoire.

L'enzyme de dégradation des amines du cerveau est la Mono-Amine-Oxydase ou MAO. On utilise des inhibiteurs de cette enzyme : les IMAO comme antidépresseurs.

Le glutamate donne le GABA (Acide Gamma Amino Butyrique) neuromédiateur inhibiteur du système nerveux central (médiateur du sommeil).

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Création de l'amine

Inactivation et élimination

D. Synthèse d'autres molécules azotées

Certains acides aminés donnent des hormones et des composés indispensables au métabolisme cellulaire.

1. Synthèses à partir de la tyrosine

La tyrosine sert à la synthèse :

De la thyroxine qui est un mélange de T3 + T4 (Tri et Tétra-Iodo-Tyrosine) Des neuromédiateurs comme la dopamine, la noradrénaline et l'adrénaline qui sont de la

famille des catécholamines. De la mélanine

2. Synthèses à partir de la glycine

La glycine (acide aminé de 2 carbones) sert à la synthèse :

Des bases puriques et pyrimidiques De l'hème De la créatine qui sous forme de créatine-P (créatine-phosphate) sert de réserve d'énergie

dans le muscle. Ce phosphate peut être transféré sur l'ADP pour former l'ATP. Du glutathion qui est un petit peptide composé de 3 acides aminés. C'est un puissant

antioxydant.

Le glutathion est composé de 3 acides aminés : γGlu-Cys-Gli

Dans le glutathion, l'acide glutamique est lié, non pas par le groupement –COOH classique, mais par le –COOH de la chaîne latérale, d'où l'appellation gamma-glu.

C'est la présence du groupe –SH qui confère les propriétés anti-oxydantes.

L'enzyme de synthèse du glutathion, la gama-glutamyl-transférase ou γ-GT est très abondante dans le foie. Son relargage dans le sang est recherché dans les maladies hépatiques : hépatite, cirrhose, cancer.

III. Elimination de l'azote

A. Transport de NH3 : Glutamine (Gln)

L'ammoniac NH3 libéré par les acides aminés est toxique (surtout pour le cerveau) et doit être transporté sous forme de glutamine (Gln), par addition du groupe amine –NH2 sur le Glutamate (Glu).

La glutamine (Gln) est libérée dans le foie et les reins, organes chargés de l'élimination de l'azote.Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 6

La liaison de NH3 au glutamate se fait via une liaison covalente nécessitant de l'ATP. Cette réaction est permise grâce à la glutamine synthétase.

La libération de l'azote se fait via la glutaminase au niveau foie (uréogénèse) et des reins (ammoniogénèse).

B. Cycle de l'urée (Foie)

1. Généralités

L'uréogénèse a lieu dans le foie. L'urée est transportée par le sang et ensuite excrétée par les reins.

Une augmentation sérique (dans le sérum) d'urée signe une insuffisance rénale.

L'urée, bien que moins toxique que l'ammoniac, reste une molécule toxique.

Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 7

La molécule d'urée contient :

Un atome de carbone provenant du CO2 libre de la cellule Deux atomes d'azote (groupe –NH2) provenant l'un de la glutamine et l'autre de l'acide

aspartique (autre transporteur de l'ammoniac) qui peut lui-même avoir reçu ce groupement de n'importe quel acide aminé.

2. Arginine et aspartate

3. Principes

1. On commence par lier le groupe –NH2 libéré par la glutamine avec du CO2, pour avoir l'acide carbamique NH3-COOH. Mais il faut le générer sous forme active, c'est-à-dire sous forme de carbamyl-phosphate

2. L'ornithine accepte l'acide carbamique sur sa chaîne latérale pour donner la citrulline. Ornithine et citrulline sont des acides aminés qu'on ne trouve pas dans les protéines, elles servent uniquement pour le cycle de l'urée.

3. L'acide aspartique, après avoir donné son groupe –NH2 à la citrulline, sort du cycle sous forme de fumarate (4C), lequel donne l'oxalo-acétate grâce aux dernières réactions du cycle de Krebs.

4. Par le jeu des transaminases, n'importe quel acide aminé peut régénérer l'acide aspartique à partir du fumarate.

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Urée

OrnithineCitrulline

Dans l'arginine on reconnait l'urée et l'ornithine.

Donc l'arginine donne : l'ornithine + l'urée.

On a aussi dedans la citrulline

Fumarate

(4 Carbones)

L'aspartate se compose d'un fumarate associée à un groupe NH3

+ (azote)

4. Consommation énergétique

L'uréogénèse consomme de l'énergie : 4 ATP/molécule d'urée :

2 pour faire du carbamyl-phosphate Un ATP est transformé en AMP (donc -2 ATP) lors de l'accroche de l'aspartate sur la

citrulline.

Les protéines sont conseillées lors d'un régime hypocalorique.

5. Régulation du cycle de l'urée

La régulation du cycle de l'urée s'effectue par le taux des enzymes.

Il n'y a pas de gain en protéines en dehors de la croissance et de l'entraînement sportif : on dit que le bilan azoté est nul.L'excès protéique de l'alimentation induit les enzymes de l'uréogénèse, et l'excédent d'azote est éliminé.

Les androgynes ont un effet anabolisant, c'est-à-dire qu'ils favorisent la synthèse de protéines (notamment musculaire) et diminuent le taux des enzymes du cycle de l'urée.

Le cortisol, hormone du jeûne : Augmente la dégradation des protéines Augmente le taux des transaminases Favorise la gluco-néogénèse à partir des squelettes carbonés des acides aminés Augmente le taux des enzymes du cycle de l'urée

C. Ammoniogénèse (Reins)

NH3 + H+ NH4+

L'ammoniogénèse sert à neutraliser les protons H+ en cas d'acidose et au maintient du pH sanguin.

Elle est suivie de l'élimination rénale de NH4+ appelée ammonio-phanérèse.

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IV. Pathologies

A. Anomalie de l'absorption des acides amines

1. Déficit en transporteur spécifique de cystéine et des acides basiques (lysine, arginine)

Un déficit de ces transporteurs dans l'intestin et les reins entraînent une Cystinurie-Lysinurie. Ces deux acides aminés ne sont plus absorbés.

La carence en Lysine (Lys), un acide aminé essentiel, entraîne un retard de croissance et une hypotonie.

2. Maladie de Hartnup

C'est un déficit en transporteur des acides aminés neutres. Le manque de tryptophane provoque des troubles neurologiques et psychiques car le tryptophane sert à la synthèse de la sérotonine, un neuromédiateur.

B. Anomalies de la dégradation des acides aminés

Le squelette carboné de certains acides aminés complexes est difficile à dégrader.

1. La leucinose ou Maladie des urines à odeur de sirop d'érable

Elle est due à un déficit en enzyme de dégradation des acides aminés ramifiés (Valine, Leucine, Isoleucine).

Ces acides aminés s'accumulent dans le sang et les urines, il faut donc éviter ces 3 acides aminés dans l'alimentation très tôt après la naissance.

2. Phénylcétonurie ou oligophrénie phényl-pyruvique

C'est un déficit en enzyme de conversion de la phénylalanine en tyrosine, la phénylalanine hydroxylase.

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PHE TYR

Phényl-Pyruvate

Urée

Phénylalanine hydroxylase

Lorsqu'on bloque la transformation de la phénylalanine en tyrosine elle emprunte une voie secondaire où elle est transformée en phényl-pyruvate, excrété dans l'urine.

Le traitement est un régime alimentaire pauvre en phénylalanine (Phe) et riche en tyrosine (Tyr) très tôt après la naissance. Sinon, les lésions du cerveau sont irréversibles car la phénylalanine est toxique pour le cerveau.

3. L'alcaptonurie

On a un déficit d'une enzyme de dégradation de la tyrosine (Tyr)

Les nourrissons ont les urines qui noircissent car l'acide homogentisique qui s'accumule s'oxyde à l'air. On parle de la maladie des couches bleues.

C. Anomalies de l'élimination de l'azote

Si l'azote n'est pas éliminé, on observe alors une accumulation de Glutamine (Gln) et d'azote (NH4+) dans le sang.

1. Hyperammoniémies primitives

Elles sont dues à un déficit enzymatique du cycle de l'urée. C'est une maladie génétique (mutation d'une des enzymes du cycle de l'urée).

Les déficits absolus entraînent la mort quelques jours après la naissance car l'azote (NH3) est toxique pour le cerveau (encéphalopathie). La mort survient par comas hyperammoniémique.

Les déficits partiels peuvent être corrigés en prescrivant une diminution de l'apport protéique tout en améliorant la qualité de ces protéines. Le patient aura donc moins d'azote à éliminer, mais il faudra compenser avec des protéines plus riches.

2. Hyperammoniémies secondaires

Elles sont dues à une insuffisance hépatique (hépatite, cirrhose).

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