Cours L2 - Protéolyse et Catabolisme des Acides Aminés - PDF

Protéolyse et Catabolisme des acides aminés (AA) Pr Eric YAYO UFR Pharmacie , Univ. Félix Houphouet-Boigny, Abidjan 1 04/11/2024  Objectifs 1. Citer les systèmes enzymatiques de...

Protéolyse et Catabolisme des acides aminés (AA) Pr Eric YAYO UFR Pharmacie , Univ. Félix Houphouet-Boigny, Abidjan 1 04/11/2024  Objectifs 1. Citer les systèmes enzymatiques de la protéolyse 2. Citer les grandes étapes du catabolisme des acides aminés 3. Décrire la réaction de transamination 4. Décrire le devenir du groupement aminé 5. Définir les notions d’acides aminés cétoformateurs et glucoformateurs 6. Citer au moins 3 molécules d’interêt biologique issues des acides aminés 2 04/11/2024  Plan  Introduction  A- PROTEOLYSE  B- CATABOLISME DES AA  I- Site et intérêt  II – Enlèvement et élimination du groupement aminé  III - Catabolisme de la chaine carbonée  IV – Molécules issues des acides aminés et application biomédicale  Conclusion 3 04/11/2024  Introduction Les Acides Aminés encore appelés Amino-Acides (AA) sont à la fois les précurseurs et les produits de dégradation des protéines. Les principaux travaux de découverte des AA ont été réalisés au 19e siècle avec notamment en 1806, l’isolement de l’Asparagine à partir de l’asperge par 2 chimistes français : Louis NicolasVanquelin et Pierre Robiquet 4 04/11/2024  Introduction Les AA sont des molécules importantes pour l’organisme notamment pour leurs fonctions diverses (rôle structural, énergétique et métabolique) Au niveau biomédical, - les carences en AA sont encore endémiques en Afrique avec la persistance de pathologies comme le kwashiorkor et le marasme - certaines anomalies du catabolisme des AA (déficit enzymatiques) sont à l’origine de neurotoxicité ou de maladies congénitales 5 04/11/2024  A - Protéolyse 6 04/11/2024  Schéma général du métabolisme protéique chez l’homme Alimentation Traduction Biosynthèse des AA non essentiels Protéolyse Catabolisme Précurseurs de molécules d’intérêt 7 biologique 04/11/2024 A- LA PROTEOLYSE  Catabolisme des protéines en Acides AAminés  = principale source d’AA pour l’organisme (75 % contre 25 % pour les apports).  Organes: intestin, muscles, foie  Assurée par des enzymes protéolytiques, les protéases (ou hydrolases) réparties en trois systèmes principaux : o Le système lysosomal o Le système calpaïne-capastatine o Le protéasome (système ATP dépendant) 8 04/11/2024 A- LA PROTEOLYSE  A.1 - Le système lysosomal  Composé de protéases actives en milieu acide, les cathepsines, dénommées en fonction de l’acide aminé de leur site actif (cystine protéinase : cathepsines B, C, H, L, S, aspartate proteinases : cathepsines D et E ; serine proteinase : cathepsine G).  localisées essentiellement à l’intérieur des vésicules lysosomales  agissent essentiellement sur o les protéines intracellulaires à demi-vie longue, o les protéines des membranes cellulaires, o les protéines extra cellulaires. 9 04/11/2024 A- LA PROTEOLYSE A.2 - Le système calpaïne-capastatine:  Les calpaines (au nombre de trois) o Localisées dans le cytosol o activité fonction de la concentration intracellulaire en calcium. o agissent essentiellement sur les protéines du cytosquelette.  La calpastatine o un inhibiteur puissant des calpaines, o l’activité protéolytique globale dépendant de l’equilibre calpaines-calpastatine. 10 04/11/2024 A- LA PROTEOLYSE A.3 - Le protéasome (système ATP dépendant)  = volumineux complexe enzymatique  composé de nombreuses sous-unités dont deux formesont été identifiées: le protéasome 20 S et le protéasome 26 S.  agissent essentiellement sur o les proteines intracellulaires normales (à demi-vie courte ou longue) o les proteines anormales.  Action du proteasome 26 S : nécessite un marquage préalable de la protéine à dégrader par l’ubiquitine 11 04/11/2024  B- Catabolisme des acides aminés (AA) 12 04/11/2024  I- Site et intérêt  Le foie est l’organe principal du catabolisme des AA  Le catabolisme des acides aminés : o commence dans le foie et les tissus où a lieu la protéolyse (intestin et muscles) o Se termine dans le foie et les reins  Il participe au métabolisme énergétique 13 04/11/2024  II – Les étapes  Contrairement aux monomères des glucides et des lipides, les acides aminés en excès ne peuvent pas être stockés.  Le catabolisme des AA se déroule en 2 grandes étapes: o L’enlèvement du groupement aminé et son élimination o La dégradation de la chaine carbonée 14 04/11/2024  II.1 – L’enlèvement du groupement aminé L’enlèvement du groupement α-aminé peut se faire par 2 types de réactions: - Réaction de double transamination (2 transaminations successives) - Réaction de transamination puis désamination oxydative (transdésamination) 15 04/11/2024 II.1.1 - Réaction de transamination La réaction de transamination est une réaction chimique toujours réversible qui consiste en un transfert d'une fonction amine primaire d’un acide α-aminé à un α-cétoacide. Cette réaction est catalysée par une enzyme, la transaminase ou aminotransferase (avec comme co-facteur le pyridoxal phosphate qui est un dérivé de la vit B6) 16 04/11/2024 II.1.1 - Réaction de transamination 17 04/11/2024 II.1.1 - Réaction de transamination Fait intervenir les couples : ac. Alpha-cetoniques/ AA  α-cétoglutarate /Glutamate (C5)  Oxaloacétate / Aspartate (C4)  Pyruvate / Alanine (C3) 18 04/11/2024 II.1.1 - Réaction de transamination 1ere transamination :  Lieu : intestin, muscle et foie  Catalysée par une aminotransferase spécifique (cytosolique)  Fait intervenir le couple α-cétoglutarate /glutamate  Le NH2 de l’AA est transféré sur α-cétoglutarate AA + Transaminase Ac α-cétonique α-cétoglutarate /phosphate de + glutamate pyridoxal 19 04/11/2024 - II.1.1 - Réaction de transamination 2eme transamination : Deux principales transaminases :  l'aspartate aminotransférase (ASAT ) ou transaminase glutamo-oxaloacétate (TGO) Cytoplasmique et mitochondriale (foie)  l'alanine aminotransférase (ALAT) ou transaminase glutamo-pyruvate (TGP). cytoplasmique : ibiquitaire (intestin, muscle) 20 04/11/2024 - II.1.1 - Réaction de transamination  l'aspartate aminotransférase (ASAT ) ou transaminase glutamo-oxaloacétate (TGO) phosphate de pyridoxal 21 04/11/2024 - II.1.1 - Réaction de transamination  l'alanine aminotransférase (ALAT) ou transaminase glutamo-pyruvate (TGP) phosphate de pyridoxal 22 04/11/2024  Au terme de la double transamination, le groupement –NH2 enlevé se trouve : Soit dans l’alanine qui quitte le muscle et l’intestin pour le foie Soit dans l’aspartate (déjà au niveau du foie) 23 04/11/2024 II.1.2 - Réaction de désamination oxydative Contrairement à la transamination qui est une réaction de transfert du groupement α-aminé, La désamination oxydative libère le groupement α-aminé (du glutamate) sous forme d'ammoniac libre (NH3) avec formation du squelette α-cétoacide correspondant (α- cétoglutarate) Elle est catalysée par la glutamate déshydrogénase : - mitochondriale - coenzymes : NAD ou NADP 24 04/11/2024 II.1.2 - Réaction de désamination oxydative Glutamate 25 GDH = glutamate déshydrogénase 04/11/2024  II.1 – L’enlèvement du groupement aminé Au terme de la transdésamination, le groupement –NH2 enlevé se trouve : Sous forme d’amoniaque –NH3 qui est neurotoxique L’ammoniac réagit avec le glutamate pour donner la glutamine qui va vers le foie et les reins 26 04/11/2024 II.1.3 – Devenir du groupement aminé enlevé II.1.3.1 – Au niveau du rein : l’Ammoniogenèse Glutamine Glutaminase NH4+ Élimination dans les urines Glutamate 27 04/11/2024 II.1.3 – Devenir du groupement aminé enlevé II.1.3.2 – Au niveau du foie : Uréogenèse Synthèse de l’urée « Cycle de l’urée » Cycle de l’ornithine Cycle de krebs-Henseleit ou petit Cycle de krebs Le cycle a été élucidé par Hans Krebs et Kurt Henseleit en 1932, avant le cycle de Krebs 1937. 28 04/11/2024  A- Vue générale l’urée comporte 2 atomes d’azote 1 issu du –NH3 29 1 issu de l’aspartate 04/11/2024 B- Les réactions Cycle avec 1 pré-étape (mitochondriale) 4 étapes (1 mitochondriale) La dernière régénère le substrat de la 1ere (=l’ornithine) 30 04/11/2024 B.1 : pré-étape : formation du carbamoyl phosphate Condensation co2 et NH3 carbamoyl P synthase Consomme 2 ATP Irréversible, étape limitante (rôle majeur dans la 31 régulation) 04/11/2024 B.2- Etape 1 : formation de la citrulline Transfert du groupement carbamoyl sur l’ornithine pour former la citrulline Catalysée par ornithine transcarbamoylase 32 La citruline passe dans le cytosol 04/11/2024 B.3- Etape 2 : formation de l’argininosuccinate Condensation de l’aspartate et la citrulline Catalysée par argininosuccinate synthétase Consomme 1 ATP 33 Entrée du 2e –NH2 04/11/2024 B.4- Etape 3 : formation de l’arginine Hydrolyse de l’argininosuccinate  arginine + fumarate 34 04/11/2024 Catalysée par argininosuccinate lyase B.5- Etape 4 : formation de l’urée et régénération de l’ornithine Hydrolyse de l’arginine 35 Catalysée par argininase 04/11/2024 B.6- Schéma récapitulatif 36 04/11/2024 C- BILAN 2 NH3 + CO2 + 3ATP + 2H2O Urée + 2 ADP + 2 Pi +AMP + PPi 37 04/11/2024 D- REGULATION 3 Niveaux de régulation : Etat nutritionnel Enzymatique (allostérique) Hormonale 38 04/11/2024 D- REGULATION Activation de l’uréogénèse: - Jeune court  Déficit énergétique :  néoglucogénèse à partir des AA  catabolisme des AA  activation uréogénèse - Glucagon : augmente le transport hépatocytaire des AA - La carbamylphosphate synthétase-1 (CPS-1) catalyse l’étape clé du cycle: est activée - Stock important d’ammoniaque 39 04/11/2024 D- REGULATION Inhibition de l’uréogénèse: - Etat nourri (post-prandial) : AA circulants ++  synthèse protéique ++ frein de l’uréogénèse - Insuline : oriente les AA vers la synthèse protéique 40 04/11/2024 Remarque 1 : Bicyclette de Krebs Le cycle ornithine et celui de l’acide citrique sont liés par le fumarate et l’aspartate  bicyclette de Krebs Remarque 2 : cycle glucose-alanine de Felig Recherche 41 04/11/2024 III – Catabolisme de la chaine carbonée Lieu : Foie +++ , muscle +, rein + Catabolisme aussi varié que la chaine carbonée Peu important dans les conditions physiologiques Devient important (quantitativement) dans certaines situations : -nutritionnelles : régime hyperprotidique  les AA en excès sont catabolisés en acides gras Pathologiques : diabète sucré déséquilibré  la protéolyse musculaire produit des AA qui seront utilisés à des fins énergétiques 42 04/11/2024 III – Catabolisme de la chaine carbonée Le squelette carboné obtenu après le départ du groupement aminé peut : o être récupéré pour synthétiser l’AA correspondant oréjoindre le métabolisme de glucides ou des lipides selon les besoins de l’organisme On distingue ainsi : oDes AA glucoformateurs ou glucogènes (métabolisme glucidique) oDes AA cétoformateurs ou cétogènes (métabolisme lipidique) 43 04/11/2024 III.1 – AA glucoformateurs Permettent la synthèse de glucides par Néoglucogénèse Rejoignent la néoglucogénèse : Soit par un intermédiaire de la glycolyse (= pyruvate) Soit par l’intermédiaire de molécules du cycle de KREBS 44 04/11/2024 45 04/11/2024 III.2 – AA cétoformateurs Rejoignent la cétogénèse : Soit par un intermédiaire de la cétogénèse Soit par les corps cétoniques mêmes 46 04/11/2024 47 04/11/2024 IV – Molécules issues des AA et application biomédicale Chez l’hommes les AA sont la principale source d’azote  Ils sont les substrats de synthèse d’autres molécules azotés d’intérêt biologiques 48 04/11/2024  IV.1 – Quelques molécules issues des AA 49 04/11/2024  IV.2 – Quelques pathologies liées au métabolisme des AA 50 04/11/2024 CONCLUSION  Conclusion Les AA constituent une source majeure d’azote dans l’organisme Contrairement au lipides et glucides ils ne sont pas stockés L’excès d’AA est catabolisé en 2 parties NH2  foie (uréogénèse) et rein (ammoniogénèse Chaine carbonée  catabolisme énergétique (glucides et lipides) 52 04/11/2024