Acides Aminés et Protéolyse

Introduction

• Les acides aminés (AA) sont les précurseurs et les produits de dégradation des protéines.
• Les travaux sur la découverte des AA ont commencé au 19e siècle.
• En 1806, des chimistes français ont isolé l'asparagine à partir de l'asperge.
• Les AA sont essentiels pour l'organisme pour leurs rôles structurels, énergétiques et métaboliques.
• Les carences en AA sont encore présentes en Afrique, ce qui cause des problèmes comme le kwashiorkor et le marasme.
• Certains problèmes de catabolisme des AA sont à l'origine de neurotoxicité ou de maladies congénitales.

A - Protéolyse

• Le catabolisme des protéines en acides aminés est une source d'AA importante pour l'organisme (75%).
• Les organes impliqués sont : l'intestin, les muscles et le foie.
• Les enzymes protéolytiques (protéases ou hydrolases) sont responsables du processus, réparties en trois systèmes principaux :
  • Système lysosomal : composé de cathepsines qui agissent sur les protéines intracellulaires.
  • Système calpaïne-capastatine : composé de calpaïnes qui agissent sur les protéines du cytosquelette.
  • Système protéasomal : composé de protéasomes 20S et 26S qui agissent sur les protéines intracellulaires normales ou anormales.

B - Catabolisme des acides aminés (AA)

• Le foie est l'organe principal pour le catabolisme des AA.
• Le catabolisme commence dans le foie et les tissus (intestin et muscles) où se produit la protéolyse, puis se termine dans le foie et les reins.
• Le catabolisme des AA se déroule en deux grandes étapes :
  • L'enlèvement du groupement aminé et son élimination.
  • La dégradation de la chaîne carbonée.

II - Les étapes

• Les AA ne peuvent pas être stockés en excès contrairement aux glucides et aux lipides.
• Le démantèlement se déroule en deux grandes étapes
• L'enlèvement du groupement aminé et son élimination : -Réaction de double transamination (2 transaminations successives) ou
  • Réaction de transamination puis désamination oxydative.

II.1 - Réaction de transamination

• La transamination est une réaction chimique réversible qui consiste en le transfert d'une fonction amine primaire d'un acide α-aminé à un α-cétoacide.
• Elle est catalysée par une enzyme, la transaminase ou aminotransférase.
• Le co-facteur est le pyridoxal phosphate (dérivé de la vitamine B6).
• Les couples α-cétoniques/ AA impliqués sont :
  • α-cétoglutarate/Glutamate (C5)
  • Oxaloacétate/Aspartate (C4)
  • Pyruvate/Alanine (C3)

II.1.1 – 1ere transamination

• Le lieu est l'intestin, les muscles et le foie
• Catalysée par une aminotransférase spécifique (cytosolique).
• L'intermédiaire est l'α-cétoglutarate/glutamate.
• Le NH₂ de l'AA est transféré à l'α-cétoglutarate.

II.1.1 – 2eme transamination

• Deux principales transaminases sont l'aspartate aminotransférase (ASAT) ou transaminase glutamo-oxaloacétate (TGO) et l'alanine aminotransférase (ALAT) ou transaminase glutamo-pyruvate (TGP).
• La localisation est cytosol et mitochondriale (foie), pour ASAT et le cytoplasme (intestin et muscles) pour ALAT.

II.1.2 - Réaction de désamination oxydative

• Libère le groupement aminé sous forme d'ammoniac libre (NH3).
• Elle forme le squelette α-cétoacide correspondant (α-cétoglutarate).
• catalysée par la glutamate déshydrogénase.
• Les co-enzymes sont NAD ou NADP

II.1 - L'enlèvement du groupement aminé

• Au terme de la transdésamination, le groupement NH2 est sous forme d'ammoniac (NH3) qui est neurotoxique.
• L'ammoniac réagit avec le glutamate pour donner la glutamine qui va vers le foie et les reins

III.1 - Devenir du groupement aminé enlevé

• II.1.3.1 - Au niveau du rein : L'ammoniogenèse, la glutamine est dégradée en NH₄+ qui est éliminé dans les urines.
• II.1.3.2 – Au niveau du foie : L'uréogenèse.
• Synthèse de l'urée par le cycle de l'urée ou cycle de l'ornithine.
• Cycle de Krebs-Henseleit ou petit cycle de Krebs.

III.1 - L'enlèvement du NH2

• Les AA cétogéniques forment des intermédiaires du métabolisme des corps cétoniques.

III.2 - AA cétoformateurs

• Rejoignent la cétogénèse soit par un intermédiaire de la cétogénèse ou soit par les corps cétoniques eux-mêmes.
• 6 acides aminés forment les corps cétoniques et 3 intermédiaires.

IV - Molécules issues des AA et application biomédicale

• Chez les hommes, les AA sont la principale source d'azote.
• Ils sont les substrats de synthèse d'autres molécules azotées d'intérêt biologique.
• Les exemples incluent le glutathion, la créatine, l'hème, les purines, les cystéines, les catécholamines.

IV.1 - Quelques molécules issues des AA

• Glycine : Glutathion, créatine, Hème, Purines
• Cystine : Cystine
• Tyrosine : Catécholamine, mélanine, hormones thyroïdiennes
• Aspartate : Pyrimidines
• Glutamine : Acide y-aminobutirique (GABA)

IV.2 – Quelques pathologies liées au métabolisme des AA

• Carence en AA : Kwashiorkor et marasisme.
• Déficits enzymatiques : Maladie des urines à odeur de sirop (ex. phénylcétonurie avec phénylalanine).
• Accumulation de NH₃: Encéphalopathie.

Conclusion

• Les AA sont une source majeure d'azote dans l'organisme, et non stockés comme les lipides et les glucides.
• Leur excès est dégradé par deux processus : l'uréogénèse (foie) pour le NH2 et le catabolisme de la chaîne carbonée (glucides et lipides) pour le reste.
• Le catabolisme des AA peut engendrer des maladies liées aux carences ou aux déficits enzymatiques.

D – Régulation

• 3 niveaux de régulation du métabolisme des AA : nutritionnel, enzymatique (allostérique) et hormonal.
• Activation de l'uréogénèse : durant un jeune prolongé ou une situation à déficit énergétique, la néoglucogenèse à partir des AA active l'uréogenèse. Glucagon augmente les transports hépatocytaires d'acides aminés. La carbamylphosphate synthétase-1 (CPS-1) joue un rôle clé dans l'activation du cycle.
• Inhibition de l'uréogénèse : chez un homme bien nourri, la synthèse protéique active inhibe la synthèse de l'urée et l'insuline oriente les AA vers la synthèse des protéines.

Remarque

• Le cycle de l'ornithine et le cycle de Krebs sont interconnectés par le fumarate et l'aspartate.
• Il y a aussi un cycle glucose-alanine.

Aspects techniques

• Les pages incluent des schémas et des équations chimiques qui décrivent les processus, ainsi que des données sur les enzymes et les processus.
• Cette structure est orientée vers une compréhension détaillée des processus.